CN111901045B - 一种可调谐相位编码信号的光学产生方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可调谐相位编码信号的光学产生方法，该方法涉及微波技术领域和光通信技术领域。所述方法如说明书附图1所示，包括激光器LD、双偏振正交相移键控DP‑QPSK调制器、偏振控制器PC、光环路器OC、偏振分束器PBS、相位调制器PM和平衡光电探测器BPD。本振信号通过DP‑QPSK调制器调制光载波，负二阶边带和光载波与正二阶边带的偏振态相互正交，由PBS分离后，仅正二阶边带在环路内的PM处受到编码信号的相位调制；经过光电平衡探测后，输出相位编码信号。本发明可同时产生二倍频和四倍频的双频段，多相位的相位编码信号。克服了电域技术的电子瓶颈，降低了本振信号的频率要求，并且在双波段雷达中有潜在的应用价值。

Description

一种可调谐相位编码信号的光学产生方法

技术领域

本发明涉及光通信技术领域以及微波技术领域，主要涉及利用光子学技术产生相位编码信号。

背景技术

随着海、陆、空、天一体化作战环境的形成，电子战争和对抗的环境日趋复杂。为了在复杂的环境中占得先机，需要利用多功能雷达全天候，高精度实时地对敌方单位进行探测和识别。脉冲雷达作为常用的雷达种类，为了同时满足高探测精度和远距离探测的目标，需要研究产生更大时宽带宽的脉冲压缩信号。相位编码信号由于其产生容易，脉冲压缩性能好，受到了广泛的应用。但是受限于电域器件的电子瓶颈，宽带信号的产生和处理在电子学中难以实现，同时其定时抖动大，电磁干扰严重，系统体积功耗大等问题也限制了雷达系统的应用场景。

光子技术自身的全频段，大带宽，低传输损耗，抗电磁干扰等优势，使其成为突破雷达带宽瓶颈的关键技术。相位编码信号的光学生成也逐渐成为了研究的热点。采用光学技术，可在多频段范围内产生超大瞬时带宽的相位编码信号，同时其重量轻、体积小、可集成的优势可以大大减轻飞机，舰艇等的载荷，有着非常广阔的应用前景。

基于电光调制器的相位编码生成方案由于其插损小，系统稳定，因此受到了广泛的研究。利用电光调制器灵活的调制方式和可变的系统结构，可以设计出功能不同的相位编码信号生成方案。然而大多数方案功能单一，且同时只能产生一个相位编码信号，难以应用在双波段雷达、频率分集雷达等系统中。

发明内容

为了解决技术背景中所存在的问题，本发明提出了一种可调谐相位编码信号的光学产生方法。该方法可同时产生2倍频和4倍频的双频段，多相位的相位编码信号；频率加倍可以降低本振信号要求同时增大系统的工作频率范围，双频段信号的产生可以使系统应用至双波段雷达中，多相位相位编码信号具有自相关性能好，多普勒容限高的优势。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：所述装置包括1激光源LD、2双偏振正交相移键控DP-QPSK调制器、3偏振控制器PC、4射频源、5电分路器、6电移相器、7光环路器OC、8相位调制器PM、9任意波形发生器AWG、10偏振分束器PBS、11衡光电探测器BPD。光源的输出端与DP-QPSK调制器的输入端连接。本振信号由电分路器分为两路，一路直接加载在DP-QPSK调制器的射频输入端，另一路通过一个移相器加载到DP-QPSK的另一个射频输入端，DP-QPSK调制器的输出端与第一个偏振控制器PC₁相连，然后连接光环路器，光环路器输出连接第一个PBS，PBS的两个输出端分别连接PM的输入和输出端，AWG产生的基带相位编码信号加载在PM的射频输入端，光环路器的第三个端口连接第二个PC，随后连接第二个PBS的输入端，PBS的输出端连接BPD的两个输入端，BPD的输出端可连接示波器或频谱仪分析。

其中DP-QPSK调制器由两个并行的子双平行马赫曾德尔调制器X-DPMZM和Y-DPMZM构成。每个子双平行马赫增德尔调制器由两个平行的马赫增德尔调制器和一个主马赫增德尔调制器构成。

本发明在工作时包括以下步骤：

(1)从光源发出波长为λ的光载波输入到DP-QPSK调制器中。

(2)本振信号LO经过电分路器功分两路，其中一路输入DP-QPSK调制器X-DPMZM的一个射频口，另外一路经过一个电移相器移相后输入DP-QPSK调制器Y-DPMZM的一个射频口。

(3)调节DP-QPSK调制器的偏置电压、输入射频信号的幅度以及移相器的相移角度，输出抑制奇数阶边带的调制信号(光载波和正负二阶光边带)，其中负二阶边带和光载波与正二阶边带的偏振态相互正交(或者实现正二阶边带和光载波与负二阶边带的偏振态相互正交)。

(4)调节PC₁的使从DP-QPSK调制器输出的光信号的偏振方向第一个PBS的主轴相差45度并经由光环路器OC输入到第一个PBS的输入端。

(5)PBS的两个输出端分别连接PM的输入端和输出端，AWG产生的基带相位编码信号输入PM的射频输入口，由于编码信号与光信号的速率匹配问题以及相位调制器对不同偏振态的调制效率不同，正二阶边带被编码信号调制而负二阶边带以及光载波几乎不受调制。

(6)信号重新由第一个PBS偏振合束，由OC的第三个端口输出，连接第二个PC，调节第二个PC，使信号的偏振方向与第二个PBS的主轴相差45度。

(7)PBS的两个输出端口分别连接BPD的两个输入端口，经过光电平衡探测后，将得到所产生的2倍频和4倍频的双频段、多相位相位编码信号。

本发明提出了一种可调谐相位编码信号的光学产生方法，使用DP-QPSK调制器实现了信号的抑制奇数阶边带调制(产生光载波和正负2阶光边带)，其中负二阶边带和光载波与正二阶边带的偏振态相互正交。PBS将正交的偏振态分离后，正二阶边带在PM中受到相位编码信号的调制，由于编码信号与光信号的速率匹配问题以及PM对正交偏振态调制效率的不同，负二阶边带和光载波几乎不受调制器。经过光电平衡探测后，实现2倍频和4倍频的双频段相位编码信号的生成。采用平衡探测的方式，可以抑制本振信号泄露对相位编码信号的干扰。

本发明采用集成的DP-QPSK调制器，以及环路的结构，偏振正交的光信号所经历的路径相同，避免了光路分离所引入的相位噪声。同时本方案拥有双频段、多相位、和频率加倍的多种功能，扩展了系统的应用范围。

附图说明

图1为可调谐相位编码信号的光学产生方法原理图。

图2为第一个PBS两个输出端输出的光谱图(a)光载波和负2阶边带(b)正2阶边带。

图3为产生的11GHz和22GHz相位编码信号的电谱图。

图4为产生的(a)11GHz二进制PRBS序列波形和相位恢复(b)22GHz二进制PRBS序列波形和相位恢复。

图5为(a)11GHz(b)22GHz二进制16bit伪随机序列的自相关。

图6为产生的(a)11GHz四进制PRBS序列波形和相位恢复(b)22GHz四进制PRBS序列波形和相位恢复。

图7为(a)11GHz(b)22GHz四进制16bit伪随机序列的自相关。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作流程，但本发明的保护范围不限于下属的实施例。

图1为可调谐相位编码信号的光学产生方法原理图。装置包括1激光源LD、2双偏振正交相移键控DP-QPSK调制器、3偏振控制器PC、4射频源、5电分路器、6电移相器、7、光环形器OC、8相位调制器PM、9任意波形发生器AWG、10偏振分束器PBS、11平衡光电探测器BPD。DP-QPSK调制器产生本振信号的抑制奇数阶边带调制信号(光载波和正负2阶边带)，其中负2阶边带和光载波与正2阶边带的偏振态相互正交，调节PC1使得信号偏振方向与第一个PBS主轴相差45度，经由光环路器，信号输入第一个PBS，环路中，正2阶边带在PM处受到相位编码信号调制，由于编码信号和光信号的速率不匹配以及PM对正交偏振态的调制效率不同，负2阶边带以及光载波几乎不受调制。随后光重新偏振复用，优OC的第三个端口输出，第二个PC使光信号的偏振方向与第二个PBS的主轴相差45度，经过光电平衡探测后，可以得到2倍频和4倍频的双频段，多相位的相位编码信号。

本实例中，具体包括以下步骤：

步骤一：光源产生工作波长为1552nm，功率为16dBm的连续光波，输入到DP-QPSK调制器。

步骤二：射频信号源输出频率为5.5GHz的正弦本振信号输入DP-QPSK的射频输入口，调节调制器偏置电压，可产生抑制奇数阶边带调制信号(光载波和正负2阶边带)；同时调节射频信号幅度并分路器后的一路电信号移相45度。负2阶边带和光载波与正2阶边带的偏振态相互正交。

步骤三：调节第一个PC使得偏振正交的信号与第一个PBS的主轴相差45度，经由OC输入第一个PBS的输入端，并从PBS的两个输出端观测输出光谱。

步骤四：将PBS的两个输出端连接PM的输入端和输出端，从AWG中输出16bit的二进制伪随机序列，加载到PM的射频输入端口。

步骤五：调节PC₂改变已调光信号的偏振方向，使其偏振方向与第二个PBS的主轴相差45度。

步骤六：第二个PBS的两个输出端口连接BPD的两个输入端口，经由BPD光电转换后，便可得到5.5GHz、11GHz的二进制相位编码信号。观察其电谱图，在示波器中记录波形，并利用希尔伯特变换恢复其相位。

步骤六：利用matlab对接收到的序列进行自相关处理。

步骤七：采用16bit的四进制伪随机序列，重复步骤四、五、六。

图3为产生的11GHz和22GHz相位编码信号的电谱图，系统可以同时产生2倍频和4倍频的双频段相位编码信号，图4、5显示了二进制相位编码信号的性能，相位跳变约为180度，脉冲压缩比约为16，峰值旁瓣比在7左右；图6、7显示了四进制相位编码信号的性能，相位约在0、60、120、180度之间跳变，脉冲压缩比约为13.9，峰值旁瓣比在6.5左右。

本方案共有如下优势：1、本方案避免了光路的分离，偏振正交的光边带传输的路径相同，增强了系统稳定性。2、本方案没有使用光频率相关器件，频率可调谐性强。3、本方案可同时产生2倍频和4倍频的多相位相位编码信号，功能更强，应用范围更广，在双频段雷达、频率分集雷达等领域均有潜在的应用价值。

总之，以上所述实施方案仅为本发明的实施例而已，并非仅用于限定本发明的保护范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在本发明公开的内容上，还可以做出若干等同的变形和替换，例如使用分离的器件来实现DP-QPSK调制器的功能。此外，改变输入光载波波长、功率，改变本振信号功率，改变基带相位编码信号格式和幅度等为本发明的保护的范围。

Claims (4)

1.一种可调谐相位编码信号的光学产生方法，包括激光器、双偏振正交相移键控DP-QPSK调制器、偏振控制器PC、光环行器OC、偏振分束器PBS、相位调制器PM和平衡光电探测器BPD，其特征在于，激光器输出连接DP-QPSK调制器光输入端，本振信号通过射频口加载到调制器上，产生0阶和正负2阶光边带，其中负2阶边带和光载波与正2阶边带的偏振态相互正交，DP-QPSK调制器的输出端与第一个PC相连，随后连接OC，OC输出端连接PBS，调节第一个PC使光信号的偏振方向与PBS的主轴相差45度，PBS的两个输出端连接PM的输入端和输出端，相位编码序列通过PM的射频端口输入调制器，由于射频信号与光信号的速率匹配关系以及相位调制器对正交偏振态光信号调制效率的差异，正2阶边带受到相位编码序列的调制，负2阶边带和光载波几乎不被调制，随后光信号重新由PBS合束并由OC输出，调节第二个PC使光信号的偏振方向与第二个PBS的主轴相差45度，PBS的两个输出端口分别连接平衡光电探测器的两个输入端，经过光电平衡探测后，可以得到2倍频以及4倍频的双频段、多相位的相位编码信号。

2.根据权利要求1所述的一种可调谐相位编码信号的光学产生方法，其特征在于，通过控制双偏振正交相移键控调制器的偏置电压以及输入本振信号的幅度，可以控制光载波和正负2阶光边带的幅度和相位，使负2阶边带和光载波与正2阶边带的偏振态相互正交，或使得正2阶边带和光载波与负2阶边带的偏振态相互正交。

3.根据权利要求1所述的一种可调谐相位编码信号的光学产生方法，其特征在于，可以加载任意进制的基带编码序列，产生多相位的相位编码信号。

4.根据权利要求1所述的一种可调谐相位编码信号的光学产生方法，其特征在于，使用平衡探测器可拍频产生2倍频和四倍频的双频相位编码信号，并可以提高本振隔离度，抑制本振信号所引入的干扰。

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