CN110868252A

CN110868252A - 一种自适应高精度光纤延时系统

Info

Publication number: CN110868252A
Application number: CN201911311228.1A
Authority: CN
Inventors: 杨鹏毅; 庄永河; 周晶; 杨扬; 吴洋; 汪梦瑶; 乔鹏飞
Original assignee: CETC 43 Research Institute
Current assignee: CETC 43 Research Institute
Priority date: 2019-12-18
Filing date: 2019-12-18
Publication date: 2020-03-06

Abstract

本发明涉及一种自适应高精度光纤延时系统，包括:光调制电路，用于将待传输的射频信号和基准信号转换为光信号并合并为一路光信号；光解调电路，用于将已调光信号分解为两路光信号，并转换为射频信号和基准信号；光纤延时电路，用于通过控制光开关实现不同延时光纤的选择、切换，实现延迟时间的可调谐，并通过实时检测延迟时间，反馈控制光纤微调单元，实现延时误差的精确控制。本发明通过控制光开关实现不同延时光纤的选择、切换，从而实现延迟时间的可调谐；通过实时检测延迟时间，反馈控制光纤微调单元，实现延时时间的精确控制，从而实现了大范围、小体积、可调谐、高精度的光纤延时，减少了光纤和光开关的使用数量。

Description

一种自适应高精度光纤延时系统

技术领域

本发明属于光纤延迟技术领域，具体涉及一种自适应高精度光纤延时系统。

背景技术

光纤延时组件利用光纤作为延时介质，具有频带宽、延迟时间长、损耗低、重量轻、不受电磁干扰等优点，不仅可以应用于雷达目标模拟系统中，还能应用于相控阵雷达的波束形成和控制系统中，用作波束控制的移相器，用于提高相控阵雷达抗干扰能力、分辨力以及多目标雷达成像的能力。此外，光纤延时组件在电子对抗领域也有广泛应用，用于电子欺骗干扰，提高己方战斗单元保护和生存能力。传统的光纤延时组件存在延时调谐范围与延时精度不能同时满足的不足，而基于光开关的光纤延时系统，虽然解决了延时调谐范围小的不足，但依然存在使用光开关和延时光纤数量多、体积大的技术难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自适应高精度光纤延时系统，实现延时时间的精确控制，从而实现了大范围、可调谐、高精度的光纤延时。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种自适应高精度光纤延时系统，包括：

光调制电路，用于将待传输的射频信号和基准信号转换为光信号并合并为一路光信号；光解调电路，用于将已调光信号分解为两路光信号，并转换为射频信号和基准信号；光纤延时电路，用于通过控制光开关实现不同延时光纤的选择、切换，实现延迟时间的可调谐，并通过实时检测延迟时间，反馈控制光纤微调单元，实现延时误差的精确控制。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述光纤延时电路包括光纤步进可调延时模块、MCU处理模块、电控光纤伸缩器、光开关控制模块、微调控制模块；

所述光纤步进可调延时模块的输入端与光调制电路的输出端连接，其输出端与电控光纤伸缩器的光输入端连接，电控光纤伸缩器的输出端与光解调电路的输入端连接，微调控制模块的输出端与电控光纤伸缩器的控制端连接，微调控制模块的输入端与MCU处理模块的输出端连接，光开关控制模块的输入端与MCU处理模块的输出端连接，光开关控制模块的输出端与光纤步进可调延时模块的输入端连接。

所述光解调电路包括光电转换模块一、光电转换模块二、基准信号产生模块及波分复用器；所述光电转换模块一及光电转换模块二的输出端与波分复用器的输入端连接，波分复用器的输出端为光调节电路的输出端，光电转换模块一的输入端与射频输入信号连接，光电转换模块二的输入端与基准信号产生模块的输出电连接。

所述光解调电路包括波分解复用器、光电转换模块三、光电转换模块四及射频放大器，所述波分解复用器的输入端为光解调电路的输入端，光解调电路的一路输出端连接光电转换模块三输入端，光解调电路的另一路输出连接光电转换模块四的输入端，光电转换模块三的输出端经射频放大器与射频输出端连接。

所述光纤延时电路还包括延时比较模块，所述延时比较模块的两输入端分别与光电转换模块二、基准信号产生模块的输出端连接，延时比较模块的输出端连接MCU处理模块的输入端。

所述光纤步进可调延时模块采用多个光开关串联组成。

由上述技术方案可知，本发明过导频信号的引入产生延时误差信号，通过控制光开关实现不同延时光纤的选择、切换，从而实现延迟时间的可调谐；通过实时检测延迟时间，反馈控制光纤微调单元，实现延时时间的精确控制，从而实现了大范围、小体积、可调谐、高精度的光纤延时，减少了光纤和光开关的使用数量。

附图说明

图1是本发明的电路框图；

图2是本发明的光纤步进可调延时拓扑结构。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明：

如图1所示，本实施例的自适应高精度光纤延时系统，包括：

本实施例的，光纤延时电路由光纤步进可调延时模块6、MCU处理模块15、电控光纤伸缩器5、光开关控制模块17、微调控制模块18、延时比较模块13、延时指令输入模块14及延时显示模块16组成；光纤步进可调延时模块6的输入端与光调制电路的输出端连接，光纤步进可调延时模块6的输出端与电控光纤伸缩器7的光输入端连接，电控光纤伸缩器7的输出端与光解调电路的输入端连接，微调控制模块18的输出端与电控光纤伸缩器7的控制端连接，微调控制模块18的输入端与MCU处理模块15的输出端连接，光开关控制模块17的输入端与MCU处理模块15的输出端连接，光开关控制模块17的输出端与光纤步进可调延时模块6的输入端连接，延时比较模块13的两输入端分别与光电转换模块二4、基准信号产生模块3的输出端连接，延时比较模块13的输出端连接MCU处理模块15的输入端，延时指令输入模块14的输出端与MCU处理模块15的输入端连接，延时显示模块16的输入端与MCU处理模块15的输出端连接。

光调制电路由光电转换模块一2、光电转换模块二4、基准信号产生模块3及波分复用器5组成；光电转换模块一2及光电转换模块二4的输出端分别与波分复用器5的两个输入端连接，波分复用器5的输出端为光调节电路的输出端与光纤步进可调延时模块6的输入端连接，光电转换模块一2的输入端与射频输入信号1连接，光电转换模块二4的输入端与基准信号产生模块3的输出端连接。

待传输的射频信号通过电光转换模块一2转换为一路光信号，而基准信号产生模块3产生的导频基准信号通过电光转换模块二4转换为另一路光信号，两路光信号波长不同，通过波分复用器5复合为一路光信号后发送给光纤步进可调延时模块6。

光解调电路由波分解复用器8、光电转换模块三9、光电转换模块四12及射频放大器10组成，波分解复用器8的输入端为光解调电路的输入端与电控光纤伸缩器7的输出端连接，波分解复用器8的一路输出端连接光电转换模块三9输入端，另一路输出连接光电转换模块四12的输入端，光电转换模块三9的输出端经射频放大器10与射频输出端11连接。

波分复用器5的输出光信号经光纤步进可调延时模块6实现大范围步进延时，延时后的信号通过电控光纤伸缩器7实现某一延时量的精确延时调节，波分解复用器8的输出分解为一路导频基准已调光信号和一路射频已调光信号，其中射频已调光信号经光电转换模块三9转换为电信号，再经射频放大器10放大后输出；导频基准已调光信号经光电转换模块四12转换为导频基准电信号送给延时比较模块13，延时比较模块13对未延时的基准信号和光电转换模块四12的输出信号进行延时比较，产生延时误差信号，该延时误差信号送给MCU处理模块15，MCU处理模块15一方面接收延时指令输入模块14的延时指令，另一方面根据延时误差信号确定需要的实际延时量，通过光开关控制模块17控制光纤步进可调延时模块，实现不同的延时选择。

如图2所示，光纤步进可调延时模块6由一系列不同步进的延时光纤组成，从而实现宽范围可调谐光纤延时。MCU处理模块15根据延时误差信号还可控制微调控制模块18，微调控制模块18进一步控制电控光纤伸缩线实现延时时间的精确调节，从而实现高精度延时控制。

本发明光纤步进可调延时拓扑结构原理图，如图2所示，光纤步进可调延时拓扑结构主要解决的是延迟时间τ1～τn，步进τ的技术难题，对应的延时光纤长度为L1～Ln，步进L，采取的主要技术措施是通过光开关控制不同长度的光纤实现步进为L，L1～Ln延时光纤的切换选择。难点在于有限体积内尽可能少地使用光开关和延时光纤的数量，需构造延时光纤组合拓扑结构。本发明创造性地提出了光纤步进可调延时拓扑结构(杨氏光纤延时拓扑结构)，以延迟时间5ns～2500ns，延时步进5ns为例，对应的延时光纤长度为1m～500m，步进为1m，如图2所示。使用本发明提出的光纤步进可调延时拓扑结构，只需要1m、2m、2m、5m、10m、20m、20m、50m、100m、200m、200m共11段光纤就能组合成1m～500m，步进为1m的任意光纤组合，这样的光纤拓扑结构只需12个光开关和11段延时光纤就能实现1m～500m，步进为1m光纤的任意选择、切换，相比传统的光纤延时拓扑结构，大大减少了光开关和光纤的使用数量，不仅减小了产品的体积和重量，而且极大地提高了产品的可靠性、并降低了产品的成本。

在图2中，1m、2m、2m、5m光纤通过光开关k1、k2、k3、k4实现1m～10m步进值为1m的光纤通路的任意选择，同样，10m、20m、20m、50m光纤通过光开关k5、k6、k7、k8实现10～100m步进值为10m的光纤通路的任意选择；这样10m、20m、20m、50m光纤与1m、2m、2m、5m光纤组合可实现1m～110m步进值为1m的任意光纤选择；同理，100m、200m、200m光纤通过光开关k9、k10、k11、k12实现100～500m步进值为100m的光纤通路的任意选择；再与1m、2m、2m、5m、10m、20m、20m、50m光纤组合就可实现1m～610m步进值为1m的任意光纤选择。举例说明，光开关k1选通1m，光开关k5、k9选通10m、100m，其他光开关直连，就可实现111m的光纤选择,其他1m～610m步进值为1m的任意光纤选择与此类似。

在表1中，0、1表示光开光开关状态，0表示直通光开关，1表示连接相应长度光纤。通过控制12个光开关k1～k12的开通和关断，就可实现1m～610m步进值为1m的任意光纤选择，相比传统的设计方法具有使用光开关数量少、光纤环个数少，体积小、成本低、可靠性高等明显优势。

表1

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims

1.一种自适应高精度光纤延时系统，其特征在于，包括：

光调制电路，用于将待传输的射频信号和基准信号转换为光信号并合并为一路光信号；

光解调电路，用于将已调光信号分解为两路光信号，并转换为射频信号和基准信号；

光纤延时电路，用于通过控制光开关实现不同延时光纤的选择、切换，实现延迟时间的可调谐，并通过实时检测延迟时间，反馈控制光纤微调单元，实现延时误差的精确控制。

2.根据权利要求1所述的自适应高精度光纤延时系统，其特征在于：所述光纤延时电路包括光纤步进可调延时模块、MCU处理模块、电控光纤伸缩器、光开关控制模块、微调控制模块；

3.根据权利要求1所述的自适应高精度光纤延时系统，其特征在于：所述光解调电路包括光电转换模块一、光电转换模块二、基准信号产生模块及波分复用器；所述光电转换模块一及光电转换模块二的输出端与波分复用器的输入端连接，波分复用器的输出端为光调节电路的输出端，光电转换模块一的输入端与射频输入信号连接，光电转换模块二的输入端与基准信号产生模块的输出电连接。

4.根据权利要求2所述的自适应高精度光纤延时系统，其特征在于：所述光解调电路包括波分解复用器、光电转换模块三、光电转换模块四及射频放大器，所述波分解复用器的输入端为光解调电路的输入端，光解调电路的一路输出端连接光电转换模块三输入端，光解调电路的另一路输出连接光电转换模块四的输入端，光电转换模块三的输出端经射频放大器与射频输出端连接。

5.根据权利要求4所述的自适应高精度光纤延时系统，其特征在于：所述光纤延时电路还包括延时比较模块，所述延时比较模块的两输入端分别与光电转换模块二、基准信号产生模块的输出端连接，延时比较模块的输出端连接MCU处理模块的输入端。

6.根据权利要求2所述的自适应高精度光纤延时系统，其特征在于：所述光纤步进可调延时模块采用多个光开关串联组成。

7.根据权利要求2所述的自适应高精度光纤延时系统，其特征在于：所述光纤延时电路还包括与MCU处理模块连接的延时指令输入模块及延时显示模块。