CN109557552A - 基于线性调频光子延时的宽带相控阵雷达及扫描方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于线性调频连续波信号作为调制信号的光控相控阵雷达系统及方法。线性调频连续波信号射频模块、光栅延迟移相模块、宽带天线阵，本发明中光控相控阵雷达天线波束移相是由线性调频光纤光栅实时延迟技术实现，结合可调谐光激光器即可实现光控波束连续扫描。本发明基于线性调频连续波信号体制的光控雷达，由于线性调频信号的带宽相对于光载波频率极小，使得光控传输链路具有稳定的传输特性。采用线性调频连续波体制的光控雷达克服了相控阵雷达波束偏斜、孔径效应，并且线性调频连续波体制的光控雷达无距离盲区、可以实现宽带宽角扫描，满足目标成像和识别的要求。

Description

基于线性调频光子延时的宽带相控阵雷达及扫描方法

技术领域

本发明涉及相控阵雷达宽带技术及光控相控阵实时延技术领域，具体涉及一种基于线性调频光子延时的宽带相控阵雷达及扫描方法。

背景技术

雷达是人类进行全天候目标探测与识别的主要手段，多功能、高精度、实时探测一直是雷达研究者追求的目标。这些技术的实现，都要求微波信号有超宽带的特性，但受限于相控阵雷达的“电子瓶颈”，宽带微波信号的产生、信号处理都是及其复杂且难以完成的。线性调频连续波体制的相控阵雷达在窄带应用条件下，具有无距离盲区、信号时宽带宽积大、收发系统简单、灵敏度高等优势。但目前对雷达的应用不仅仅局限于目标探测，对目标的细微特征有了更大的需求，宽带雷达由此发展。本发明基于光控雷达的宽带优势，将线性调频大带宽连续波信号搭载光载波进行信号传输处理，进而应用于相控阵雷达中，避免直接对微波信号的各种处理，实现相控阵雷达大带宽、低损耗、重量轻、体积小的特性，使传统雷达突破瓶颈，多功能化、性能突出、应用更广泛。

光控相控阵要实现宽带宽角，其难点在于波束形成技术，实时延技术是克服传统相控阵波束倾斜和孔径效应的关键技术，应用光子器件实现延时，是目前研究的热点。传统基于光开关的延迟线，虽然结构比较简单，但是可实现的延迟状态比较少，波束扫描不连续可调。本发明采用光纤光栅实现光延时波束形成，其体积小、易于与光纤系统连接、易集成且波束可连续扫描。

国内外目前对线性调频信号体制雷达应用已经很成熟，但其应用于光控雷达的报道却很少。相反，早在20世纪80年代末，美国DARPA就开始对光子雷达进行研究，目前为止，其光子技术基础已经较为成熟。

发明内容

1、本发明的目的

本发明提供了一种基于线性调频信号体制的光控相控阵雷达，以解决现有线性调频信号体制雷达带宽窄，波束倾斜等问题。通过把宽带线性调频连续波信号搭载在光载波上，在光子雷达系统中传输处理，并且应用光纤光栅作为实时延迟部件，即可实现相控阵波束扫描，解决了传统线性调频体制雷达的成像能力和多目标分辨率。

2、本发明所采用的技术方案为：

本发明提出了一种基于线性调频连续波信号作为调制信号的光控相控阵雷达系统，其特征在于：包括相控阵接收和发射天线模块，光实时延迟模块，波控，信号处理模块，光源，电光调制，线性调频射频模块。

光源由可调谐激光器构成，线性调频连续波射频信号由电光调制搭载光载波进入光实时延迟模块进行光控相控阵波束形成，经光电探测解调成射频信号，由发射天线发射出去；

接收天线阵接收信号，经电光调制搭载在光信号，进入光实时延迟模块，控制波束扫描，经光电探测解调出射频信号，然后进行信号处理。

本发明提出了一种基于线性调频连续波信号作为调制信号的光控相控阵雷达扫描方法，把宽带线性调频信号作为微波信号搭载在光波中，实现光控相控阵雷达，步骤如下：

步骤1、可调谐激光器和电光调制器构成光输入模块；

步骤2、线性调频连续波信号经过电光调制器搭载激光光源进行传输，经掺饵光纤放大器放大；

步骤3、线性调频微波信号搭载光信号经过光信号处理，实现线性调频信号在雷达中的信号处理；

步骤4、搭载光波的微波信号通过光环形器，经过线性调频光栅实现光延时移相，经光波分复用后进入各路天线单元，经光电探测器解调出宽带线性调频信号，带有不同相位；

步骤5、通过调节可调谐激光器产生的不同波长差的光源，即可实现线性调频微波信号的不同时延搭载光载波在光纤光栅得到的不同时延步进，即可实现光控相控阵波束连续扫描。

更进一步，线性调频连续波体制雷达带宽达到1GHz以上。

3、本发明与现有技术相比，其显著优点：

(1)本发明相比于现有的线性调频相控阵雷达，基于光控相控阵雷达可以实现更大的宽带应用，不再受限制于窄带困扰。

(2)本发明线性调频体制的相控阵雷达本身就具有无距离盲区、信号时宽带宽积大、收发系统简单、灵敏度高等优势。如果把这种体制雷达的信号应用于光控相控阵雷达中，则雷达更加多功能性。对多目标识别和目标成像有了更细微的特征描述。

(3)本发明线性调频体制光控相控阵雷达基于线性调频光纤光栅实现实时延技术，大大减少了标准单模光纤的长度，装置中器件相对较少，更利于集成化。

(4)本发明对比于传统的线性调频连续波体制雷达，微波射频信号与光载波相调制实现微波信号的传输，降低了对微波信号的射频信号处理。

(5)本发明与传统的线性调频连续波体制雷达相比，带宽可以增大到GHz，相比于传统的几百MHz的相控阵雷达相比，有了很大的使用价值，发射功率可以大幅度提升。

附图说明

图1为本发明所述基于线性调频光子延时的宽带相控阵雷达系统原理框图。

图2为本发明基于线性调频体制光栅延时技术实现的宽带相控阵雷达发射框图。

附图标记：

可调谐激光器1、电光调制器3、线性调频连续波信号2、掺饵光纤放大器4、光环形器5、线性调频光栅6、光波分复用7、光电探测器8、波束9。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面结合附图对本发明进行更详细的说明。

图1为本发明所述基于线性调频光子延时的宽带相控阵雷达系统原理框图，包括相控阵接收和发射天线模块，光实时延迟模块，波控，信号处理模块，光源，电光调制，线性调频射频模块。

上述各模块的连接关系如下：

如图1所示，基于线性调频光子延时的宽带相控阵雷达系统原理框图，设计为收发隔离系统。光源由可调谐激光器构成，线性调频射频信号由电光调制搭载光波进入光实时延迟模块进行光控相控阵波束形成，经光电探测解调成射频信号，由发射天线发射出去。接收天线阵接收信号，经电光调制搭载在光信号，进入光实时延迟模块，控制波束扫描，经光电探测解调出射频信号，然后进行信号处理。

把宽带线性调频信号作为微波信号搭载在光波中，实现光控相控阵雷达，结合图2，基于线性调频体制光栅延时技术实现的宽带相控阵雷达发射图，方法步骤如下：

步骤1、可调谐激光器和电光调制器构成光输入模块；

步骤2、线性调频连续波信号经过电光调制器搭载激光光源进行传输，经掺饵光纤放大器放大；

步骤3、线性调频微波信号搭载光信号经过光信号处理，实现线性调频信号在雷达中的信号处理；

步骤4、搭载光波的微波信号通过光环形器，经过线性调频光栅实现光延时，经光波分复用后进入各路天线单元，经光电探测器解调出宽带线性调频信号，带有不同时延。

步骤5、通过调节可调谐激光器产生不同波长差的光源，即可实现线性调频微波信号的不同时延步进，进而实现相控阵波束连续扫描。

本发明点可以实线性调频连续波信号应用于微波光子设备，从而实现光控雷达无距离盲区，大时宽带宽积，提高雷达的多功能性，成像精度有较大提升。

Claims (4)

1.一种基于线性调频连续波信号作为调制信号的光控相控阵雷达系统，其特征在于：包括相控阵接收和发射天线模块，光实时延迟模块，波控，信号处理模块，光源，电光调制，线性调频射频模块；

光源由可调谐激光器构成，线性调频射频信号由电光调制搭载光载波进入光实时延迟模块进行光控相控阵波束形成，经光电探测解调成射频信号，由发射天线发射出去；

接收天线阵接收信号，经电光调制搭载在光信号，进入光实时延迟模块，控制波束形成，经光电探测解调出射频信号，然后进行信号处理。

2.根据权利要求1所述的基于线性调频连续波信号作为调制信号的光控相控阵雷达系统，其特征在于：线性调频连续波体制雷达带宽达到1GHz以上。

3.一种基于线性调频连续波信号作为调制信号的光控相控阵雷达扫描方法，其特征在于：把宽带线性调频信号作为微波信号搭载在光波中，实现光控相控阵雷达，步骤如下：

步骤1、可调谐激光器(1)和电光调制器(3)构成光输入模块；

步骤2、线性调频连续波信号(2)经过电光调制器(3)搭载激光光源进行传输，经掺饵光纤放大器(4)放大；

步骤3、线性调频微波信号搭载光信号经过光信号处理，实现线性调频信号在雷达中的信号处理；

步骤4、搭载光波的微波信号通过光环形器(5)，经过线性调频光栅(6)实现光延时，经光波分复用(7)后进入各路天线单元，经光电探测器(8)解调出宽带线性调频信号，带有不同移相，经天线模块形成最大指向的波束(9)；

步骤5、通过调节可调谐激光器产生的不同波长差的光源，线性调频微波信号搭载光载波在光纤光栅得到不同时延步进，即实现光控相控阵波束连续扫描。

4.根据权利要求3所述的基于线性调频连续波信号作为调制信号的光控相控阵雷达扫描方法，其特征在于：线性调频连续波体制雷达带宽达到1GHz以上。