CN109085546A - 基于光子参量采样的相控阵雷达接收装置 - Google Patents

基于光子参量采样的相控阵雷达接收装置 Download PDF

Info

Publication number
CN109085546A
CN109085546A CN201810955310.7A CN201810955310A CN109085546A CN 109085546 A CN109085546 A CN 109085546A CN 201810955310 A CN201810955310 A CN 201810955310A CN 109085546 A CN109085546 A CN 109085546A
Authority
CN
China
Prior art keywords
array
sampling
optical
output end
photon
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201810955310.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109085546B (zh
Inventor
邹卫文
于磊
陈建平
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Jiaotong University
Original Assignee
Shanghai Jiaotong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Jiaotong University filed Critical Shanghai Jiaotong University
Priority to CN201810955310.7A priority Critical patent/CN109085546B/zh
Publication of CN109085546A publication Critical patent/CN109085546A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109085546B publication Critical patent/CN109085546B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/28—Details of pulse systems
    • G01S7/285—Receivers
    • G01S7/292—Extracting wanted echo-signals

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

一种基于光子参量采样的相控阵雷达接收装置，包括：包括连续光源、第一多路耦合模块、相控阵接收模块、调制器阵列、多路光延时阵列、第二多路耦合模块、光采样脉冲源、光子参量采样门、光滤波器、光电转换器、电采集模块。本发明结合光真延时技术与光子参量采样技术，减少了微波光子雷达中电光/光电转换次数，从而降低系统损耗，同时实现信号的大带宽、高速率的采集，减少传统雷达接收端多次电混频与下变频引起的系统复杂度增加与性能恶化。

Description

基于光子参量采样的相控阵雷达接收装置
技术领域
本发明涉及微波光子信号，具体是一种基于光子参量采样的相控阵雷达接收装置。
背景技术
相控阵天线系统在诸如雷达、通信、电子对抗系统等领域都有广泛的应用，其中高质量的宽带可调谐微波信号源、宽带雷达基带信号源与相位延迟的波束成形网络是系统核心组成。传统电控相控阵雷达受限于相控阵天线的“孔径效应”，限制了在雷达工作带宽、高分辨率测量、雷达成像及扩频信号等领域的应用。
随着微波光子学技术的发展及其在雷达领域的广泛研究，通过采用真时延迟线技术有效地克服传统相控阵天线中的孔径渡越时间的限制。使用基于真延时的光控波束形成网络可以实现天线波束的扫描，具有大的瞬时带宽、无波束斜视效应、低损耗、小尺寸、抗电磁干扰、探测距离远等一系列优点，成为相控阵雷达发展的一个重要方向。
目前研究的光控相控阵雷达主要采用[K.Garenaux,T.Merlet,M.Alouini,etal.,"Recent breakthroughs in RF photonics for radar systems,"Aerospace andElectronic Systems Magazine,IEEE,vol.22,pp.3-8,2007.]中的类似架构。发射链路主要是电微波信号发生器产生相应的载波信号与调制信号，经过调制器电光转换，再经过光延迟网络结构，然后经过光电探测器将光信号恢复成电信号，经过微波T/R组件与天线发射出去。而接收回路主要将反射的信号通过微波天线与T/R组件接收回来，重新利用发射链路的延时网络进行相位补偿，最后进行信号处理。在这一过程中，基于光延时网络的雷达信号接收需要经过一次电光/光电转换，再被后端的电采集模块量化，而目前电光/光电转换效率是制约微波光子链路系统增益性能的重要因素。光子参量采样技术利用光学非线性效应作为光子采样门，直接在光域实现对接收信号的采样，再通过电后端的量化辅助，可以有效避免雷达信号经过光延迟网络后的光电转换，从而提升雷达接收机系统性能。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提出一种基于光子参量采样的相控阵雷达接收装置。该装置结合光延时网络和光子参量采样技术，充分发挥光子技术在相控阵雷达系统中的优势，降低信号在电光/光电转换过程中的损耗。
本发明的技术解决方案如下：
一种基于光子参量采样的相控阵雷达接收装置，其特点在于，包括连续光源、第一多路耦合模块、相控阵接收模块、调制器阵列、多路光延时阵列、第二多路耦合模块、光采样脉冲源、光子参量采样门、光滤波器、光电转换器和电采集模块，所述的连续光源的输出端与所述的第一多路耦合模块的输入端相连，所述的第一多路耦合模块的N路输出端分别与所述的调制器阵列中N个电光调制的第一输入端相连，所述的相控阵接收模块包含N个所述的微波天线单元，所述的N个微波天线单元的输出端分别与所述的调制器阵列中N个电光调制的第二输入端相连，所述的调制器阵列中N个电光调制的输出端分别与所述的多路光延时阵列中的N个光延时单元的输入端相连，所述的多路光延时阵列中的N个光延时单元的输出端分别与所述的第二多路耦合模块的N路输入端相连，所述的第二多路耦合模块的输出端与所述的光子参量采样门的第一输入端相连，所述的光采样脉冲源用于产生光采样脉冲信号，所述的光采样脉冲源的输出端与述的光子参量采样门的第二输入端相连，所述的光子参量采样门的输出端与所述的光滤波器的输入端相连，所述的光滤波器的输出端与所述的光电转换器的输入端相连，所述的光电转换器的输出端与所述的电采集模块的输入端相连。
所述的光采样脉冲源为被动锁模激光器、主动锁模激光器或调制频率梳。
所述的光子参量采样门为光子晶体光纤、高非线性光纤或半导体光放大器。
所述的连续光源可采用但不限于半导体激光器、光纤激光器、气体激光器或染料激光器。
所述的相控阵接收模块包含多个微波天线单元，用于接收雷达信号，所述的微波天线单元可以采用但不限于半波振子天线。
所述的调制器阵列包含多个电光调制器，所述的电光调制器可以采用但不限于铌酸锂电光调制器、聚合物电光调制器、硅基集成电光调制器、空间光调制器。
所述的多路光延时模块包含多个可调光延时单元，用于对多路雷达接收信号进行相位补偿，所述的可调光延时单元可以采用但不限于色散结构、光纤真时延迟线结构，所述的多路光延时模块可采用但不限于基于分立器件、集成芯片的多级可编程延迟网络。
基于以上技术特点，本发明具有以下优点：
1.本发明结合光真延时技术与光子参量采样技术，减少了雷达信号接收过程中的电光/光电转换次数，从而降低系统损耗，优化系统性能。
2.基于光采样技术可以对雷达接收到的信号直接进行大带宽、高速率的采集，突破“电子瓶颈”，减少雷达接收端多次电混频与下变频引起的系统复杂度增加与性能恶化。
附图说明
图1为本发明基于光子参量采样的相控阵雷达接收装置的结构示意图。
图2为雷达接收信号与光采样脉冲经过光子采样门的光谱图。
图3为不同频率条件下，电采集模块接收到的信号幅度与四通道相对延时量的测试结果。
具体实施方式
下面结合附图给出本发明的一个具体实施例子。本实施例以本发明的技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
图1为本发明基于光子参量采样的相控阵雷达接收装置的结构示意图。其构成包括：连续光源1、第一多路耦合模块2、相控阵接收模块3、调制器阵列4、多路光延时阵列5、第二多路耦合模块6、光采样脉冲源7、光子参量采样门8、光滤波器9、光电转换器10和电采集模块11：
上述元部件的连接关系如下：
所述的连续光源1的输出端与所述的第一多路耦合模块2的输入端相连，用于产生系统所需的N路连续光，所述的第一多路耦合模块2的N路输出端分别与所述的调制器阵列4中N个电光调制4-1的第一输入端相连，所述的相控阵接收模块3包含N个所述的微波天线单元3-1，所述的N个微波天线单元3-1的第一输出端分别与所述的调制器阵列4中N个电光调制4-1的第二输入端相连。所述的调制器阵列4中N个电光调制4-1的输出端分别与所述的多路光延时阵列5中的N个光延时单元5-1的输入端相连。所述的多路光延时阵列5中的N个光延时单元5-1的输出端分别与所述的第二多路耦合模块6的N路输入端相连，所述的第二多路耦合模块6的第一输出端与所述的光子参量采样门8的第一输入端相连，所述的光采样脉冲源7用于产生光采样脉冲信号，所述的光采样脉冲源7的输出端与述的光子参量采样门8的第二输入端相连，所述的光子参量采样门8的输出端与所述的光滤波器9的输入端相连。所述的光滤波器9的输出端与所述的光电转换器10的输入端相连。所述的光电转换器10的输出端与所述的电采集模块11的输入端相连。
本发明的工作原理如下：
所述的相控阵接收模块3接收到的N路雷达信号通过N个电光调制4-1调制到第一多路耦合模块输出的N路光载波上，然后通过多路光延时阵列5对接收到的射频信号进行延时调节，其中，每路接收通道的延时按照等差数列分布。延时调节后的N路接收通道耦合为一路光输出，再与光采样脉冲源7产生的光采样脉冲经过光子参量采样门8实现光采样，如图2所示。经过光域滤波后滤除采样后的信号，经过光电转换从而被后端电量化模块处理。
其中，图3给出了四通道相控阵接收的信号采集实验结果，当四路通道延时匹配时，接收到的信号幅度最大，从而形成雷达接收波束。整个相控阵接收装置中的多路延时模块可根据相控阵发射端延时设置匹配相应延时量，从而实现指定方位的探测；也可按照一定延时量进行扫描，从而完成空间信号的接收。

Claims (3)

1.一种基于光子参量采样的相控阵雷达接收装置，其特征在于，包括连续光源(1)、第一多路耦合模块(2)、相控阵接收模块(3)、调制器阵列(4)、多路光延时阵列(5)、第二多路耦合模块(6)、光采样脉冲源(7)、光子参量采样门(8)、光滤波器(9)、光电转换器(10)和电采集模块(11)，所述的连续光源(1)的输出端与所述的第一多路耦合模块(2)的输入端相连，所述的第一多路耦合模块(2)的N路输出端分别与所述的调制器阵列(4)中N个电光调制(4-1)的第一输入端相连，所述的相控阵接收模块(3)包含N个所述的微波天线单元(3-1)，所述的N个微波天线单元(3-1)的输出端分别与所述的调制器阵列(4)中N个电光调制(4-1)的第二输入端相连，所述的调制器阵列(4)中N个电光调制(4-1)的输出端分别与所述的多路光延时阵列(5)中的N个光延时单元(5-1)的输入端相连，所述的多路光延时阵列(5)中的N个光延时单元(5-1)的输出端分别与所述的第二多路耦合模块(6)的N路输入端相连，所述的第二多路耦合模块(6)的输出端与所述的光子参量采样门(8)的第一输入端相连，所述的光采样脉冲源(7)用于产生光采样脉冲信号，所述的光采样脉冲源(7)的输出端与述的光子参量采样门(8)的第二输入端相连，所述的光子参量采样门(8)的输出端与所述的光滤波器(9)的输入端相连，所述的光滤波器(9)的输出端与所述的光电转换器(10)的输入端相连，所述的光电转换器(10)的输出端与所述的电采集模块(11)的输入端相连。
2.根据权利要求1所述的基于光子参量采样的相控阵雷达接收装置，其特征在于所述的光采样脉冲源(7)为被动锁模激光器、主动锁模激光器或调制频率梳。
3.根据权利要求1所述的基于光子参量采样的相控阵雷达接收装置，其特征在于所述的光子参量采样门(8)为光子晶体光纤、高非线性光纤、半导体光放大器(SOA)。
CN201810955310.7A 2018-08-21 2018-08-21 基于光子参量采样的相控阵雷达接收装置 Active CN109085546B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810955310.7A CN109085546B (zh) 2018-08-21 2018-08-21 基于光子参量采样的相控阵雷达接收装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810955310.7A CN109085546B (zh) 2018-08-21 2018-08-21 基于光子参量采样的相控阵雷达接收装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109085546A true CN109085546A (zh) 2018-12-25
CN109085546B CN109085546B (zh) 2022-04-05

Family

ID=64794144

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810955310.7A Active CN109085546B (zh) 2018-08-21 2018-08-21 基于光子参量采样的相控阵雷达接收装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109085546B (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111142089A (zh) * 2020-01-10 2020-05-12 清华大学 一种obfn与padc功能集成的宽带雷达信号接收装置及方法
CN111830496A (zh) * 2020-07-14 2020-10-27 中国科学院空天信息创新研究院 基于多通道时分去斜接收的微波光子雷达成像系统及方法
CN111948633A (zh) * 2020-06-29 2020-11-17 北京理工大学 一种柔性超宽带数字化微波光子相控阵雷达

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016138379A1 (en) * 2015-02-27 2016-09-01 University Of Georgia Research Foundation, Inc. Ultra high-speed photonics based radio frequency switching
CN107911173A (zh) * 2017-08-03 2018-04-13 上海交通大学 高精度光纤微波频率传递系统
CN108287349A (zh) * 2018-01-10 2018-07-17 南京航空航天大学 微波光子mimo雷达探测方法及微波光子mimo雷达系统
CN108375861A (zh) * 2018-04-14 2018-08-07 上海交通大学 可实现智能信号处理的高速高精度光模数转换装置和方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016138379A1 (en) * 2015-02-27 2016-09-01 University Of Georgia Research Foundation, Inc. Ultra high-speed photonics based radio frequency switching
CN107911173A (zh) * 2017-08-03 2018-04-13 上海交通大学 高精度光纤微波频率传递系统
CN108287349A (zh) * 2018-01-10 2018-07-17 南京航空航天大学 微波光子mimo雷达探测方法及微波光子mimo雷达系统
CN108375861A (zh) * 2018-04-14 2018-08-07 上海交通大学 可实现智能信号处理的高速高精度光模数转换装置和方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
李琳等: "光控相控阵波束接收网络", 《现代雷达》 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111142089A (zh) * 2020-01-10 2020-05-12 清华大学 一种obfn与padc功能集成的宽带雷达信号接收装置及方法
CN111142089B (zh) * 2020-01-10 2021-09-21 清华大学 一种obfn与padc功能集成的宽带雷达信号接收装置及方法
CN111948633A (zh) * 2020-06-29 2020-11-17 北京理工大学 一种柔性超宽带数字化微波光子相控阵雷达
CN111830496A (zh) * 2020-07-14 2020-10-27 中国科学院空天信息创新研究院 基于多通道时分去斜接收的微波光子雷达成像系统及方法
CN111830496B (zh) * 2020-07-14 2023-10-03 中国科学院空天信息创新研究院 基于多通道时分去斜接收的微波光子雷达成像系统及方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN109085546B (zh) 2022-04-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Ghelfi et al. Photonics in radar systems: RF integration for state-of-the-art functionality
CN108494498B (zh) 一种自适应抗多路干扰光子射频接收前端及方法
CN111751812B (zh) 一种微波光子时分复用mimo雷达探测方法及系统
CN107196713B (zh) 一种基于光信号延时的光接收机
CN104486004B (zh) 基于微波光子的超宽带接收机装置及实现方法
CN112099048B (zh) 基于时分-差频复用的微波光子mimo雷达探测方法及系统
CN109387833B (zh) 基于微波光子正交差频复用的mimo雷达探测方法及装置
CN108802698A (zh) 基于微波光子倍频与正交解调的雷达探测方法、装置
CN109257105B (zh) 宽带信号接收方法、装置及电子战接收机
CN110166134A (zh) 光正交调制解调系统、基于该系统的数字化综合射频系统
CN107528638A (zh) 基于微波光子滤波的宽带微波信号到达角估计方法
CN109143203B (zh) 基于偏振复用光学倍频微波光子相干雷达收发装置及方法
CN109085546A (zh) 基于光子参量采样的相控阵雷达接收装置
CN103297145A (zh) 全光产生十六倍频毫米波的装置
CN109375200B (zh) 基于光子上变频的光载分布式雷达探测方法及装置
CN112838894B (zh) 一种光电融合大动态可重构变频装置与方法
CN109193318B (zh) 基于锁模激光器的上下变频系统
CN111077519A (zh) 一种微波光子雷达实现方法及系统
CN113630182B (zh) 一种基于片上模数信号的微波光子调控系统及方法
CN104168064B (zh) 一种基于往返相位校正的微波信号光纤稳相传输装置
CN104113378A (zh) 半导体光放大器的可调谐微波信号源的装置与方法
CN204886978U (zh) 一种无滤波频率载波抑制比均可调节36倍频信号发生装置
CN116248191A (zh) 一种基于相位调制的宽带光学多波束系统及实现方法
CN113872700B (zh) 一种高隔离度多通道微波光子上变频装置与方法
CN104168063A (zh) 一种基于波长再利用的微波信号光纤稳相传输装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant