CN112098951B - 一种可抑制功率周期性衰落的无基带噪声的二倍频相位编码脉冲光学生成方法 - Google Patents
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Abstract
一种可抑制功率周期性衰落的无基带噪声的二倍频相位编码脉冲光学生成方法，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，所述方法包括激光源LD,双偏振调制器PDM‑MZM,相位调制器PM,本振信号LO,单模光纤SMF，偏振控制器PC，起偏器Pol,光电探测器PD。本方案实现了调制格式转换，抑制了基带信号噪声，并且克服了光纤中传输的周期性衰落的缺点，并且没有滤波结构，系统灵活，频率可调。不仅克服了电域技术的电子瓶颈，还扩展了工作带宽，在分布式雷达系统中有潜在的应用价值。
Description
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
随着雷达探测技术的不断发展，其探测精度和探测距离需要进一步的提升。探测信号带宽越大，雷达探测分辨率越高；时宽越大，速度分辨率越高。为了同时满足大带宽和大时宽的要求，脉冲压缩信号应运而生，不同于通信的是，雷达通常是在接收端将大时宽信号进行压缩获得较大的带宽来提高测距精度，这种同时拥有大带宽和时宽的信号称为脉冲压缩信号常用的脉冲压缩信号有线性调频和相位编码信号，而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。
得益于微波光子多频段、大带宽、抗电磁干扰等一系列优势，相位编码信号的光学生成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，在下一代雷达探测，侦查等相关领域均有潜在的应用价值。
目前主流的相位编码信号光学生成方法之一是采用灵活的电光调制器和可变的系统结构产生各种相位编码信号，但是产生的相位编码信号带宽较大，应用于分布式雷达系统中时，由于相位编码信号通常调制到光载波上在光纤中传输，光纤传输系统中信道特性限制了宽带相位编码信号的传输和应用，光子学相位编码信号的宽带特性没有得到很好的发挥，在生成编码信号时，主流方案中不可避免的残留基带信号，若是想消除基带信号带来的噪声，又不得不采用滤波结构滤除基带噪声信号，冗余的滤波结构又限制了系统的灵活性。
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抑制功率衰落的无基带信号噪声二倍频相位编码微波脉冲光学生成方法。该方法通过载波抑制单边带和载波抑制双边带调制格式的转换，能够产生无基带噪声的二倍频编码信号，并且由于载波被抑制，产生的信号在光纤中能充分的抑制周期性衰落，并且系统中没有采用滤波结构，本振信号的带宽不受限制，大大提高了系统的灵活性，有利于在分布式雷达系统中使用。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：所述方法包括激光源LD,双偏振调制器PDM-MZM,相位调制器PM,本振信号LO,单模光纤SMF，偏振控制器PC，起偏器Pol,光电探测器PD。光源的输出端与PDM-MZM调制器的输入端连接，PDM-MZM将光信号分成两个正交偏振态的光信号进入上下两臂，上下子信号分别进行抑制载波双边带调制，后面经过偏振合束器合在一起。PDM-MZM输出的光信号连接PM，PM将原始基带信号调制在光信号的相位上，再经过25KM光纤传输之后，进入偏振控制器PC，PC输出端与起偏器Pol相连，Pol输出端与光电探测器PD相连。
其中光信号进入到PDM-MZM中发生的变化为：首先光信号被分成偏振正交的两路光信号，两路光信号在两个子臂中由两个子马增调制器进行抑制载波双边带调制，调制完成的信号由偏振合束器合到一起，在数学上，表示上述过程：
其中EPDM-MZM(t)是PDM-MZM最终输出的光信号，是分开的两路偏振正交光信号，jJ1(m)exp(jω1t)+jJ1(m)exp(-jω1t)和J1(m)exp(jω1t)-J1(m)exp(-jω1t)偏振正交光信号在两臂中转化成的抑制载波双边带调制信号。
其中PM可对正交的偏振光信号进行相位调制，但是调制指数会有差别γ，在相位调制器中完成相位调制之后的信号为：
其中：s(t)为基带信号，β为调制指数，γ为正交偏振态上的调制指数比，由公式可以看出上下光载波信号只有两个光边带，并且每个信号分量的相位都被基带信号调制。
其中PC和Pol将两路偏振正交的信号控制到同一个偏振态上，但是偏振正交的信号会产生相位差。
其中Pol的传输方程可以表示为：其中θ是由Pol控制的方向，/>是正交偏振态上的信号经过偏振控制器后的相位差。
其中当控制β(1-γ)＝π/2时，信号经过Pol后的输出为：
其中s(t)＝1和s(t)＝-1的两个信号的幅值一样但是相位相反，其中经过PD拍频后的信号为：
由此得到了二倍频相位编码信号。
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PDM-MZM调制器中。
(2)本振信号LO输入到PDM-MZM调制器的射频输入端口。
(3)调节PDM-MZM调制器的偏置电压、输入射频信号相位，在两个正交偏振态上分别产生抑制载波双边带调制，并且两臂信号的相位正交，偏振正交，经过偏振合束器合并到一起。
(4)合并之后的信号进入到相位调制器将基带数字比特信号调制到四路载波信号的相位上。
(5)经过25KM的光纤传输后，信号通过PC控制偏振方向并经过Pol，进入光电检测器PD，最后生成2倍频编码信号。
本发明提出了一种无基带噪声的可抑制功率性衰落的二倍频编码信号光学生成方法，通过抑制载波双边带调制的方法抑制了光纤传输中的周期性功率衰落，并且具有带宽大，无基带噪声的特点，适合于分布式雷达系统的使用。
附图说明
图1为一种可抑制功率衰落的无基带噪声倍频相位编码微波脉冲光学生成方法原理图。
图2为所述方法生成的抑制载波双边带信号CS-DSB(虚线)和抑制载波单边带信号CS-SSB(实线)，并显示了DS-CSB信号和DS-SSB信号的载波抑制比。
图3的子图a是在本振信号为3GHz时得到的相位编码信号。
图3的子图b，c是本振信号为3GHz时的相位编码信号和从中提取的相位信息。
图3的子图d显示了编码信号自相关之后的主瓣和旁瓣的比以及主瓣的半高全宽。
图3的子图e显示了编码信号中没有基带噪声信号。
图4的各个子图与图3的子图的本质一样，但是图4中编码信号为本振信号为6GHz时的各个子图。
图4的子图a为相位编码信号，子图b为编码信号的放大图，子图c为相位恢复之后的基带信号，子图d显示了编码信号的自相关图，子图e中显示了所得相位编码信号中没有基带噪声信号。
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为一种可抑制功率衰落的无基带噪声倍频相位编码微波脉冲光学生成方法原理图。所述方法包括激光源LD,双偏振调制器PDM-MZM,相位调制器PM,本振信号LO,单模光纤SMF，偏振控制器PC，起偏器Pol,光电探测器PD。光源的输出端与PDM-MZM调制器的输入端连接，PDM-MZM将光信号分成两个正交偏振态的光信号进入上下两臂，上下子信号分别进行抑制载波双边带调制，形成的两路信号偏振正交，相位正交。PDM-MZM输出的光信号连接PM，PM将原始基带信号调制在偏振正交的光信号的相位上，再经过25KM光纤传输之后，进入偏振控制器PC，PC控制信号的偏振方向，并且结合Pol将偏振正交的两路信号旋转到统一偏振态，在不同的基带码元下形成不同的抑制载波单边带信号，由于在0，1两种状态下的抑制载波单边带信号的幅值一样，所以基带信号的噪声不会叠加到相位编码信号上，由此生成无基带噪声倍频相位编码信号。
本实例中，具体包括以下步骤：
步骤一：光源产生工作波长为1552.2nm的连续光波，该连续光波作为载波输入到PDM-MZM调制器。
步骤二：PDM-MZM将光分成偏振态正交的两路信号进入上下臂，射频信号源输出频率为3GHz的正弦本振信号输入PDM-MZM的射频输入口，并且两路本振信号的相位差为90°，PDM信号MZM的两个子臂分别偏置在最小点，使得两路光载波生成抑制载波的双边带调制格式的信号，形成的两路信号偏振正交，相位正交，再通过偏振合束器耦合到一起。
步骤三：相位调制器PM将PDM-MZM的输出信号进行相位调制，将速率为1Gbps，25-bit的巴克码基带信号调制在载波的相位上。
步骤四：信号在25KM的光纤中传输。
步骤五：PC和Pol控制信号的偏振方向，将两路信号的旋转到同一偏振态上，并且原来偏振正交的两路信号的产生了相位差。
步骤六：Pol将根据偏振方向将信号按照Pol的传输方程进行变换。
步骤七：变换之后的信号进入PD探测，最后生成相位编码信号脉冲。
步骤八：改变本振信号LO的频率为6GHz,重复上述步骤。
步骤十：对上述得到的两种载频的相位编码信号进行相位恢复，自相关运算。
在本方案中，由于采用了抑制载波双边带的调制方法，抑制了在光纤中传输所造成的周期性功率衰落，并且由于本方案没有滤波器，很大程度上提高了方法的灵活性，既能使用3GHz的本振信号，又能使用6GHz的本振信号，并且最后在0，1状态下产生的抑制载波单边带信号是由抑制载波双边带信号转换而成，功率相同，所以并不携带基带信号的噪声。
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。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 (1)
1.一种可抑制功率周期性衰落的无基带噪声的二倍频相位编码脉冲光学生成方法，包括激光器LD，90°电桥，双偏振马曾调制器PDM-MZM,相位调制器PM，单模光纤SMF，偏振控制器PC，起偏器Pol和光电探测器PD,其中LD的输出端与PDM-MZM的输入端连接，PDM-MZM的输出端与PM相连，PM的输入端与单模光纤相连，单模光纤的输入端与PC相连，PC的输出端与Pol相连，Pol的输出端与PD相连；其特征在于：LD输出的光载波输入到PDM-MZM中，本振信号经过90°电桥加载到PDM-MZM上，PDM-MZM的子调制器偏置在最小点，实现抑制载波双边带信号的正交偏振复用，偏振服用的信号输入到PM中进行编码信号的相位调制，之后经过单模光纤传输到接收端，接收端利用PC和Pol将正交偏振态旋转到同一偏振态，同时对两个偏振态上的信号引入90°相位差，最后注入到光电探测器进行探测得到无基带噪声的二倍频的相位编码脉冲；由于基带信号处于0,1或-1不同码型时，光信号在抑制载波单边带和抑制载波双边带之间转换，从而保持PD前光功率恒定，避免了基带信号引入的噪声；由于采用了载波抑制双边带的调制方式，在光纤中传输时可以抑制周期性功率衰落，并实现二倍频相位编码脉冲的生成。
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