CN111190160B - 微波光子多波段雷达探测方法及微波光子多波段雷达 - Google Patents
微波光子多波段雷达探测方法及微波光子多波段雷达 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111190160B CN111190160B CN202010016843.6A CN202010016843A CN111190160B CN 111190160 B CN111190160 B CN 111190160B CN 202010016843 A CN202010016843 A CN 202010016843A CN 111190160 B CN111190160 B CN 111190160B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- frequency
- optical
- signal
- comb
- multiband
- 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.)
- Active
Links
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims abstract description 60
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 178
- 238000010408 sweeping Methods 0.000 claims abstract description 37
- 239000000969 carrier Substances 0.000 claims abstract description 30
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 19
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims abstract description 14
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims abstract description 14
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims abstract description 14
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 11
- 230000007274 generation of a signal involved in cell-cell signaling Effects 0.000 claims description 12
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 11
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 5
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 3
- 244000126211 Hericium coralloides Species 0.000 description 2
- 241000343243 Scirtothrips pan Species 0.000 description 2
- 230000035559 beat frequency Effects 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 101100184147 Caenorhabditis elegans mix-1 gene Proteins 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 description 1
- 210000001520 comb Anatomy 0.000 description 1
- 238000013500 data storage Methods 0.000 description 1
- 230000003631 expected effect Effects 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
Images
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
- G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
- G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
- G01S7/4818—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements using optical fibres
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
- G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
- G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
- G01D5/353—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre
- G01D5/35306—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre using an interferometer arrangement
- G01D5/35329—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre using an interferometer arrangement using interferometer with two arms in transmission, e.g. Mach-Zender interferometer
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
- G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
- G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
- G01D5/353—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre
- G01D5/35383—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre using multiple sensor devices using multiplexing techniques
- G01D5/35387—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre using multiple sensor devices using multiplexing techniques using wavelength division multiplexing
Abstract
本发明公开了一种微波光子多波段雷达探测方法。其中，多波段微波探测信号的生成方法如下：将M路波长不同的直流光载波合并后分成两路；将一个宽带线性调频信号调制于其中一路，生成一个具有M根扫频梳齿的扫频光频梳，扫频梳齿间的间隔与其对应的直流光载波的波长差相同；另一路光信号则调制上单频的射频信号，生成一个多波长光频梳信号，然后将其中所包含的M根已知波长的梳齿分离出来；将扫频光频梳与M根已知波长的梳齿耦合为一路后进行光电转换，即得多波段微波探测信号。本发明还公开了一种微波光子多波段雷达。本发明具有光子技术高频、大带宽的优势，能够实现实时高分辨的多功能探测，同时解决了去斜处理多波段回波信号时频率交叠的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种雷达探测方法，尤其涉及一种微波光子多波段雷达探测方法及微波光子多波段雷达。
背景技术
微波光子技术具有大带宽、低传输损耗、抗电磁干扰等特性，能够提供高频率、大带宽的任意波形产生，因此能很好地克服若干电子瓶颈问题，改善和提高传统雷达多项技术性能，成为下一代雷达的关键技术。近几年也有很多微波光子雷达方案被提出来得到高载频、大带宽的雷达发射信号，但是这些方案大部分都是基于单个波段的雷达发射信号的。在实际场景中，由于目标对不同波段的信号的电磁反射特性不同，仅采用单个波段雷达信号的雷达系统不具备多功能目标探测的能力，同时单波段雷达也无法获取更多的目标信息，严重影响雷达目标识别与探测的精度。
在过去一段时间，有很多双波段(多波段)微波光子雷达系统被提出。意大利某课题组最早提出双波段微波光子雷达(参见[P.Ghelfi,F.Laghezza,F.Scotti,D.Onori,andA.Bogoni,“Photonics for radars operating on multiple coherent bands,”J.Lightw.Technol.34(2),500–507(2015).])，在该方案中利用锁模激光器完成雷达信号的产生与接收，但是雷达的操作带宽受限于锁模激光器的重复频率，一般只有百MHz，难以实现高分辨雷达探测功能。其他的双波段(多波段)微波光子雷达方案虽然能够实现宽带的雷达信号产生(参见[Q.Guo,F.Zhang,and S.Pan,“Dual-band linear frequencymodulation signal generation by optical frequency quadrupling andpolarization multiplexing,”IEEE Photonics Technol.Lett.29(16),1320–1323(2017).]和[X.Zhang,Q.Sun,Y.Yang,J.Cao,and W.Li,“Reconfigurable multi-bandmicrowave photonicradar transmitter with a wide operating frequency range,”Opt.Express 27(24),34519-34529(2019)])但是随着波段数的提升雷达系统也会变得十分复杂。最近一种基于扫频光频梳的多波段微波光子雷达方案被提出(参见[B.Gao,F.Zhang,Y.Yao,and S.Pan,"Photonics-based Multiband Radar Applying an OpticalFrequency Sweeping Comb and Photonic Dechirp Receiving,"in 2018 AsiaCommunications and Photonics Conference(ACP),China,Oct.26-29,2018])，在该方案中无需复杂的系统结构就可以实现多波段的雷达信号产生与接收，但是为了避免多通道信号之间的相互串扰，每个波段的工作频率范围十分受限，很难实现可重构的雷达信号产生。另一方面，为了实现快速的数字信号处理功能，去斜技术被广泛应用于雷达系统中，通过将回波信号转换到与目标信息相关的窄带低频信号，获得高分辨目标探测的同时大大缓解雷达系统对高速采样ADC的需求。去斜技术也同样应用于单波段的微波光子雷达系统中，以实现实时高分辨的雷达成像功能。然而，在多波段雷达系统中，去斜接收技术可能面临不同波段去斜得到的低频信号出现频率交叠的问题，使得不同波段的回波信号难以区分和探测，无法达到预期的效果。所以，如何在实现实时高分辨探测的同时避免多波段回波信号的频率交叠也是微波光子多波段雷达系统需要解决的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术不足，提供一种微波光子多波段雷达探测方法，具有光子技术高频、大带宽的优势，能够实现实时高分辨的多功能探测，同时解决了多波段雷达去斜处理回波信号时频率交叠的问题。
本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：
一种微波光子多波段雷达探测方法，基于微波光子方法生成包含至少两个波段的多波段微波探测信号并向目标发射，然后对目标反射信号进行去斜处理和数字信号处理，得到目标探测结果；所述多波段微波探测信号的生成方法具体如下：将M路波长不同的直流光载波合并后分成两路，M为不小于2的整数；将一个宽带线性调频信号调制于其中一路光信号上，生成一个具有M根扫频梳齿的扫频光频梳，扫频梳齿间的间隔与其对应的直流光载波的波长差相同；另一路光信号则调制上单频的射频信号，生成一个多波长光频梳信号，然后将其中所包含的M根已知波长的梳齿分离出来；将所述扫频光频梳与所述M根已知波长的梳齿耦合为一路后对其进行光电转换，即得所述多波段微波探测信号。
优选地，使用处于抑制载波单边带工作状态的双平行马赫曾德尔调制器来对所述宽带线性调频信号进行调制，以生成所述具有M根扫频梳齿的扫频光频梳。
优选地，利用相位调制器将频率大于所述宽带线性调频信号的最大瞬时频率的单频的射频信号调制在另一路光信号上，以生成所述多波长光频梳信号，然后使用光多通道带通滤波器将其中所包含的M根已知波长的梳齿分离出来。
优选地，所述去斜处理具体如下：以所述扫频光频梳与所述M根已知波长的梳齿的耦合光信号的一路分束信号作为光载波，使用所接收的目标反射信号对该光载波进行相位调制，然后令输出的调制光信号经过一个光波分复用器进行解复用，得到分别携带有目标信息的M个不同波段的光信号。
基于同一发明构思还可以得到以下技术方案：
一种微波光子多波段雷达，包括发射端和接收端，所述发射端包括用于基于微波光子方法生成包含至少两个波段的多波段微波探测信号的探测信号生成模块和用于将所述多波段微波探测信号向目标发射的发射天线，所述接收端包括用于接收目标反射信号的接收天线以及用于对目标反射信号进行去斜处理和数字信号处理以得到目标探测结果的去斜模块、数字信号处理模块；所述探测信号生成模块包括：
光载波模块，用于将M路波长不同的直流光载波合并后分成两路，M为不小于2的整数；
扫频光频梳模块，用于将一个宽带线性调频信号调制于光载波模块输出的其中一路光信号上，生成一个具有M根扫频梳齿的扫频光频梳，扫频梳齿间的间隔与其对应的直流光载波的波长差相同；
光频梳模块，用于在光载波模块输出的另一路光信号调制上单频的射频信号，生成一个多波长光频梳信号，然后将其中所包含的M根已知波长的梳齿分离出来；
耦合及光电转换模块，用于将所述扫频光频梳与所述M根已知波长的梳齿耦合为一路后对其进行光电转换，即得所述多波段微波探测信号。
优选地，所述扫频光频梳模块为处于抑制载波单边带工作状态的双平行马赫曾德尔调制器。
优选地，所述光频梳模块包括一个相位调制器和一个光多通道带通滤波器；相位调制器用于在光载波模块输出的另一路光信号调制上单频的射频信号，生成一个多波长光频梳信号；光多通道带通滤波器用于将多波长光频梳信号中所包含的M根已知波长的梳齿分离出来。
优选地，所述去斜模块包括一个相位调制器和一个光波分复用器；相位调制器用于以所述扫频光频梳与所述M根已知波长的梳齿的耦合光信号的一路分束信号作为光载波，使用所接收的目标反射信号对该光载波进行相位调制；光波分复用器用于对相位调制器输出的调制光信号进行解复用，得到分别携带有目标信息的M个不同波段的光信号。
相比现有技术，本发明技术方案具有以下有益效果：
1)本发明的信号发射部分，利用基于微波光子技术可以同时产生多个高频、宽带的雷达信号，有助于实现雷达系统的多功能探测的能力，提高的雷达探测分辨率；
2)本发明利用多个波段宽带雷达信号，能够得到更加全面的目标散射信息，从而实现多功能、全方位的目标探测功能；
3)本发明的信号接收部分中，利用波分复用技术实现不同波段回波信号的分离和处理，解决了去斜信号频率交叠的问题；同时仅使用低速的模数转换器和数字处理算法即可对去斜后的信号进行处理，不需要数字匹配滤波器，从而降低了对数据存储的需求且增大了信号处理的速度，实现实时的信号处理。
附图说明
图1为本发明微波光子多波段雷达一个具体实施例的结构原理示意图；
图2为具体实施例中多波段微波探测信号产生和接收信号去斜处理的光谱示意图；其中，(a)为扫频光频梳的频谱示意图，(b)为滤出的M个梳齿的频谱示意图，(c)为上下两路光信号耦合后的频谱示意图；
图3为接收端里WDM输出的第m个通道的光谱示意图。
具体实施方式
针对现有技术不足，本发明的解决思路是将扫频光频梳与多波长光频梳信号相结合来生成多波段微波探测信号，利用微波光子技术结合多波段雷达结构实现雷达距离向分辨率和方位向分辨率的提升以克服传统雷达目标探测能力受限的问题，同时解决不同波段去斜得到的低频信号出现频率交叠的问题。
具体而言，本发明的微波光子多波段雷达探测方法，基于微波光子方法生成包含至少两个波段的多波段微波探测信号并向目标发射，然后对目标反射信号进行去斜处理和数字信号处理，得到目标探测结果；所述多波段微波探测信号的生成方法具体如下：将M路波长不同的直流光载波合并后分成两路，M为不小于2的整数；将一个宽带线性调频信号调制于其中一路光信号上，生成一个具有M根扫频梳齿的扫频光频梳，扫频梳齿间的间隔与其对应的直流光载波的波长差相同；另一路光信号则调制上单频的射频信号，生成一个多波长光频梳信号，然后将其中所包含的M根已知波长的梳齿分离出来；将所述扫频光频梳与所述M根已知波长的梳齿耦合为一路后对其进行光电转换，即得所述多波段微波探测信号。
本发明的微波光子多波段雷达，包括发射端和接收端，所述发射端包括用于基于微波光子方法生成包含至少两个波段的多波段微波探测信号的探测信号生成模块和用于将所述多波段微波探测信号向目标发射的发射天线，所述接收端包括用于接收目标反射信号的接收天线以及用于对目标反射信号进行去斜处理和数字信号处理以得到目标探测结果的去斜模块、数字信号处理模块；所述探测信号生成模块包括：
光载波模块，用于将M路波长不同的直流光载波合并后分成两路，M为不小于2的整数；
扫频光频梳模块，用于将一个宽带线性调频信号调制于光载波模块输出的其中一路光信号上，生成一个具有M根扫频梳齿的扫频光频梳，扫频梳齿间的间隔与其对应的直流光载波的波长差相同；
光频梳模块，用于在光载波模块输出的另一路光信号调制上单频的射频信号，生成一个多波长光频梳信号，然后将其中所包含的M根已知波长的梳齿分离出来；
耦合及光电转换模块，用于将所述扫频光频梳与所述M根已知波长的梳齿耦合为一路后对其进行光电转换，即得所述多波段微波探测信号。
优选地，所述扫频光频梳模块为处于抑制载波单边带工作状态的双平行马赫曾德尔调制器。
优选地，所述光频梳模块包括一个相位调制器和一个光多通道带通滤波器；相位调制器用于在光载波模块输出的另一路光信号调制上单频的射频信号，生成一个多波长光频梳信号；光多通道带通滤波器用于将多波长光频梳信号中所包含的M根已知波长的梳齿分离出来。
优选地，所述去斜模块包括一个相位调制器和一个光波分复用器；相位调制器用于以所述扫频光频梳与所述M根已知波长的梳齿的耦合光信号的一路分束信号作为光载波，使用所接收的目标反射信号对该光载波进行相位调制；光波分复用器用于对相位调制器输出的调制光信号进行解复用，得到分别携带有目标信息的M个不同波段的光信号。
为了便于公众理解，下面通过一个具体实施例，并结合附图来对本发明的技术方案进行进一步详细说明：
图1显示了本发明微波光子多波段雷达一个具体实施例的基本结构。如图1所示，该雷达包括：M个激光器、1个直接数字频率合成器、1个双平行马赫曾德尔调制器(DPMZM)、一个相位调制器(PM)、1个光多通道带通滤波器、2个光耦合器、一个光电探测器、一个电放大器、一个发射天线、1个接收天线、一个低相位噪声放大器、一个相位调制器、一个光波分复用器、M个光电探测器(PD)、M个低通滤波器(LPF)、M个模数转换器(ADC)和一个数字信号处理模块。
M个激光器分别产生波长不同的直流光载波，合并后通过光耦合器(OC1)分成两路，其中一路进入双平行马赫曾德尔调制器(DPMZM)上进行调制，直接数字频率合成器产生1个宽带线性调频信号驱动DPMZM，其中该线性调频信号的瞬时频率可以表示为：
fLFM(t)＝u+kt(0≤t≤T)
其中u为起始频率，T为中频线性调频信号的时宽，k为其啁啾率，然后通过调节适当的偏置点使DPMZM工作在抑制载波单边带工作状态，每个波长的光载波对应的输出只有一个一阶边带的调制光信号，调制器输出一个具有M个扫频梳齿的扫频光频梳，每根扫频梳齿的间隔与其对应的光载波的波长差相同，如图2中的(a)所示，其中调制器输出的光信号可以表示为：
其中fm为第m个光载波的波长对应的频率(m为正整数，1≤m≤M)；另外一路多波长光载波进入相位调制器(PM1)上进行调制，微波源产生的一个频率为f的单频射频信号驱动PM1产生光频梳，需要注意的是为了避免频率交叠，单频射频信号的频率值应该大于直接数字频率合成器产生的线性调频信号的最大瞬时频率；然后根据所需要产生的多波段信号的频率范围，利用光多通道带通滤波器对PM1输出后的多波长光频梳信号的梳齿进行选择以滤出相应的梳齿；为了方便读者理解，举例如下：分别选择不同波长的第1、2…M个梳齿，如图2中的(b)所示；两路输出的光信号经过光耦合器(OC2)后合为一路光信号，如图2中的(c)所示，然后通过光耦合器(OC2)被分成两个支路；其中一个支路的光信号经过光电转换后可以得到包含M个不同波段的线性调频信号的电信号，其中第m个线性调频信号的瞬时频率可以表示为：
fm＝mf-u-kt(0≤t≤T)
需要注意的是，为了避免干扰信号的产生，多波长激光源的波长差应足够大。多波段线性调频信号经过电放大器放大后进入发射天线发射出去。另外一路光信号经过光纤进入接收端的相位调制器(PM2)中，作为光载波；发射信号打到目标上被反射回来，被接收天线所接收；接收的电信号经过低相噪放大后经由相位调制器进行相位调制，然后输出的调制光信号经过一个光波分复用器(WDM)进行解复用；解复用的M个光信号分别通过光电探测器转换为电信号，然后经过低通滤波器滤波和模数转换器转换后得到M路包含探测目标信息的数字信号；将这些信号送入数字信号处理模块中进行处理，最终得到目标探测的结果。
为了便于公众理解，下面以接收端中WDM输出的第m个通道的光谱为例来对多波段信号去斜接收的过程进行进一步详细说明，如图3所示。在该通道中，对第m个波段的回波信号进行去啁啾和滤波，其中fm+u+kt和fm+mf是经由单模光纤传送过来的光参考信号。第m个波段的回波信号可表示为mf-u-kt+τm，其中τm为该回波信号的时间延时。经过相位调制器后可以产生F1和F2、F3和F4两组边带。所以经过光电探测器后，通过F2和fm+mf(或F3和fm+u+kt)拍频可得到频率为τm的去啁啾信号，其中τm的值一般比较小，所以可以通过低通滤波器(LPF)滤出，同时可以滤除其他高频的拍频分量。需要注意的是，由于经目标反射的回波信号有M个，所以光参考信号同样会受到第m+1个波段的回波信号的调制，但是经过与光参考信号拍频后得到的去啁啾信号可以被低通滤波器滤除，所以该方案中多波段回波信号的接收处理并不会出现频率交叠的问题。
Claims (8)
1.一种微波光子多波段雷达探测方法，基于微波光子方法生成包含至少两个波段的多波段微波探测信号并向目标发射，然后对目标反射信号进行去斜处理和数字信号处理，得到目标探测结果；其特征在于，所述多波段微波探测信号的生成方法具体如下：将M路波长不同的直流光载波合并后分成两路，M为不小于2的整数；将一个宽带线性调频信号调制于其中一路光信号上，生成一个具有M根扫频梳齿的扫频光频梳，扫频梳齿间的间隔与其对应的直流光载波的波长差相同；另一路光信号则调制上单频的射频信号，生成一个多波长光频梳信号，然后将其中所包含的M根已知波长的梳齿分离出来，具体为：根据所需要产生的多波段信号的频率范围，对多波长光频梳信号的梳齿进行选择以滤出相应的梳齿；将所述扫频光频梳与所述M根已知波长的梳齿耦合为一路后对其进行光电转换，即得所述多波段微波探测信号。
2.如权利要求1所述微波光子多波段雷达探测方法，其特征在于，使用处于抑制载波单边带工作状态的双平行马赫曾德尔调制器来对所述宽带线性调频信号进行调制，以生成所述具有M根扫频梳齿的扫频光频梳。
3.如权利要求1所述微波光子多波段雷达探测方法，其特征在于，利用相位调制器将频率大于所述宽带线性调频信号的最大瞬时频率的单频的射频信号调制在另一路光信号上，以生成所述多波长光频梳信号，然后使用光多通道带通滤波器将其中所包含的M根已知波长的梳齿分离出来。
4.如权利要求1所述微波光子多波段雷达探测方法，其特征在于，所述去斜处理具体如下：以所述扫频光频梳与所述M根已知波长的梳齿的耦合光信号的一路分束信号作为光载波，使用所接收的目标反射信号对该光载波进行相位调制，然后令输出的调制光信号经过一个光波分复用器进行解复用，得到分别携带有目标信息的M个不同波段的光信号。
5.一种微波光子多波段雷达，包括发射端和接收端，所述发射端包括用于基于微波光子方法生成包含至少两个波段的多波段微波探测信号的探测信号生成模块和用于将所述多波段微波探测信号向目标发射的发射天线，所述接收端包括用于接收目标反射信号的接收天线以及用于对目标反射信号进行去斜处理和数字信号处理以得到目标探测结果的去斜模块、数字信号处理模块；其特征在于，所述探测信号生成模块包括：
光载波模块，用于将M路波长不同的直流光载波合并后分成两路，M为不小于2的整数；
扫频光频梳模块，用于将一个宽带线性调频信号调制于光载波模块输出的其中一路光信号上，生成一个具有M根扫频梳齿的扫频光频梳，扫频梳齿间的间隔与其对应的直流光载波的波长差相同；
光频梳模块，用于在光载波模块输出的另一路光信号调制上单频的射频信号，生成一个多波长光频梳信号，然后将其中所包含的M根已知波长的梳齿分离出来，具体为：根据所需要产生的多波段信号的频率范围，对多波长光频梳信号的梳齿进行选择以滤出相应的梳齿；
耦合及光电转换模块，用于将所述扫频光频梳与所述M根已知波长的梳齿耦合为一路后对其进行光电转换，即得所述多波段微波探测信号。
6.如权利要求5所述微波光子多波段雷达，其特征在于，所述扫频光频梳模块为处于抑制载波单边带工作状态的双平行马赫曾德尔调制器。
7.如权利要求5所述微波光子多波段雷达，其特征在于，所述光频梳模块包括一个相位调制器和一个光多通道带通滤波器；相位调制器用于在光载波模块输出的另一路光信号调制上单频的射频信号，生成一个多波长光频梳信号；光多通道带通滤波器用于将多波长光频梳信号中所包含的M根已知波长的梳齿分离出来。
8.如权利要求5所述微波光子多波段雷达，其特征在于，所述去斜模块包括一个相位调制器和一个光波分复用器；相位调制器用于以所述扫频光频梳与所述M根已知波长的梳齿的耦合光信号的一路分束信号作为光载波，使用所接收的目标反射信号对该光载波进行相位调制；光波分复用器用于对相位调制器输出的调制光信号进行解复用，得到分别携带有目标信息的M个不同波段的光信号。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010016843.6A CN111190160B (zh) | 2020-01-08 | 2020-01-08 | 微波光子多波段雷达探测方法及微波光子多波段雷达 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010016843.6A CN111190160B (zh) | 2020-01-08 | 2020-01-08 | 微波光子多波段雷达探测方法及微波光子多波段雷达 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111190160A CN111190160A (zh) | 2020-05-22 |
| CN111190160B true CN111190160B (zh) | 2022-02-15 |
Family
ID=70706147
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010016843.6A Active CN111190160B (zh) | 2020-01-08 | 2020-01-08 | 微波光子多波段雷达探测方法及微波光子多波段雷达 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111190160B (zh) |
Families Citing this family (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111800199B (zh) * | 2020-06-23 | 2022-07-01 | 南京航空航天大学 | 微波光子多功能雷达信号生成装置及其信号生成方法 |
| 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 |
| CN111901042B (zh) * | 2020-08-11 | 2022-03-11 | 中国电子科技集团公司第四十四研究所 | 一种基于相位调制的大动态信号解调模型方法 |
| CN114389707B (zh) * | 2020-10-16 | 2024-01-26 | 西安电子科技大学 | 一种频率可灵活选择的多波段线性调频信号生成方法 |
| CN114389711B (zh) * | 2020-10-16 | 2023-12-08 | 西安电子科技大学 | 一种具有良好可重构性的全光多通道/多波段线性调频信号光学生成方法 |
| CN112327319B (zh) * | 2020-11-09 | 2023-12-19 | 之江实验室 | 基于循环移频环的固态激光雷达探测方法及系统 |
| CN112764043B (zh) * | 2020-12-22 | 2023-08-15 | 中国科学院空天信息创新研究院 | 基于扫频激光器的雷达信号产生装置及方法 |
| CN112799090B (zh) * | 2021-03-25 | 2021-08-03 | 之江实验室 | 一种频率复用固态激光雷达探测方法及系统 |
| CN113406662B (zh) * | 2021-06-17 | 2022-03-11 | 南京航空航天大学 | 步进调频体制微波光子宽带mimo雷达探测方法及装置 |
| CN114337836B (zh) * | 2021-11-30 | 2023-06-27 | 电子科技大学 | 一种基于光频梳产生系统的wdm系统 |
| CN115032611B (zh) * | 2022-08-11 | 2022-11-15 | 之江实验室 | 一种基于光子技术的分布式太赫兹雷达探测系统及方法 |
| CN115128589B (zh) * | 2022-09-01 | 2022-12-13 | 之江实验室 | 一种微波光子mimo雷达探测方法及系统 |
| CN116466354B (zh) * | 2023-06-20 | 2023-09-12 | 之江实验室 | 波段可重构微波光子雷达探测方法和系统 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015163863A (ja) * | 2014-01-29 | 2015-09-10 | 株式会社東京精密 | 多点距離測定装置及び方法並びに形状測定装置 |
| CN108931485A (zh) * | 2017-05-23 | 2018-12-04 | 国家宇宙研究中心 | 远程光谱分析设备及相关的远程光谱分析方法 |
| CN110618101A (zh) * | 2018-06-19 | 2019-12-27 | 国家航空研究局 | 用于物质的远程光谱法的激光雷达类型装置及其检测方法 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108287349B (zh) * | 2018-01-10 | 2020-06-26 | 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 |
| US11650296B2 (en) * | 2018-02-16 | 2023-05-16 | Xiaotian Steve Yao | Optical sensing based on wavelength division multiplexed (WDM) light at different wavelengths in light detection and ranging LiDAR systems |
| CN108919244B (zh) * | 2018-05-18 | 2021-01-12 | 南京航空航天大学 | 微波光子全波段雷达探测方法及微波光子全波段雷达 |
| CN108988955B (zh) * | 2018-07-11 | 2019-10-29 | 南京航空航天大学 | 基于多路光参考信号的微波光子雷达探测方法、装置 |
-
2020
- 2020-01-08 CN CN202010016843.6A patent/CN111190160B/zh active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015163863A (ja) * | 2014-01-29 | 2015-09-10 | 株式会社東京精密 | 多点距離測定装置及び方法並びに形状測定装置 |
| CN108931485A (zh) * | 2017-05-23 | 2018-12-04 | 国家宇宙研究中心 | 远程光谱分析设备及相关的远程光谱分析方法 |
| CN110618101A (zh) * | 2018-06-19 | 2019-12-27 | 国家航空研究局 | 用于物质的远程光谱法的激光雷达类型装置及其检测方法 |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| Frequency Comb-Based WDM Transmission Systems Enabling Joint Signal Processing;Lars Lundberg 等;《Applied Science》;20180504(第8期);全文 * |
| Photonic microwave downconverter based on an optoelectronic oscillator using a single dual-drive Mach-Zehnder modulator;Zhenzhou Tang 等;《OPTICS EXPRESS》;20140113;第22卷(第1期);全文 * |
| Photonics-based Multiband Radar Applying an Optical Frequency Sweeping Comb and Photonic Dechirp Receiving;Bindong Gao 等;《2018 Asia Communications and Photonics Conference (ACP)》;20181231;全文 * |
| 基于微波光子技术的实时高分辨雷达成像;潘时龙 等;《上海航天》;20181231;第35卷(第6期);全文 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN111190160A (zh) | 2020-05-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN111190160B (zh) | 微波光子多波段雷达探测方法及微波光子多波段雷达 | |
| CN108287349B (zh) | 微波光子mimo雷达探测方法及微波光子mimo雷达系统 | |
| CN111538028B (zh) | 基于光子采样的偏振复用微波光子雷达探测方法及系统 | |
| CN110350980B (zh) | 基于微波光子辅助去斜后带宽合成的雷达探测方法及装置 | |
| CN113253286B (zh) | 基于注入锁定倍频的相干微波光子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 | |
| 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 | |
| CN108761398A (zh) | 微波光子双波段雷达探测方法及微波光子双波段雷达 | |
| CN109375200B (zh) | 基于光子上变频的光载分布式雷达探测方法及装置 | |
| 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 | |
| CN109818680B (zh) | 微波光子宽带射频收发方法及装置 | |
| CN110221292B (zh) | 一种微波光子多波段雷达成像系统及方法 | |
| CN112327276B (zh) | 一种面向微波光子雷达的光子采样芯片及其应用系统 | |
| CN111580071B (zh) | 双波段线性调频雷达正交解调接收方法及装置 | |
| CN112578379A (zh) | 光子辅助的脉冲体制微波雷达探测方法及装置 | |
| CN109951224A (zh) | 基于双偏振调制器和偏振调制器实现相位编码信号生成的装置及方法 | |
| CN116626693A (zh) | 一种基于光子倍频的相干微波光子雷达探测方法和系统 | |
| US20230324504A1 (en) | Integrated photonics millimeter wave (mmw) radar communication system based on analog phase modulation scheme | |
| CN113114380B (zh) | 基于光子采样及相干接收的微波光子雷达探测方法及系统 | |
| CN114047507B (zh) | 微波-激光雷达一体化集成芯片及应用系统与探测方法 | |
| CN113608227B (zh) | 光子辅助雷达混频与直达波自干扰对消一体化装置及方法 | |
| US10819377B1 (en) | Radio frequency to optical transmitter | |
| CN117031480B (zh) | 一种相干微波光子雷达探测方法及系统 | |
| WO2002093791A9 (en) | Hyper-dense wavelength multiplexing system | |
| CN115001595B (zh) | 基于全光信息处理的雷达通信一体化装置和方法 |
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 |