CN112104416B - 基于双平行马赫增德尔调制器的到达角无模糊测量方法 - Google Patents

基于双平行马赫增德尔调制器的到达角无模糊测量方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112104416B
CN112104416B CN201910519584.6A CN201910519584A CN112104416B CN 112104416 B CN112104416 B CN 112104416B CN 201910519584 A CN201910519584 A CN 201910519584A CN 112104416 B CN112104416 B CN 112104416B
Authority
CN
China
Prior art keywords
modulator
dpmzm
dwdm
arrival angle
sub
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
Application number
CN201910519584.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112104416A (zh
Inventor
卓昊
文爱军
张卓
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xidian University
Original Assignee
Xidian University
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xidian University filed Critical Xidian University
Priority to CN201910519584.6A priority Critical patent/CN112104416B/zh
Publication of CN112104416A publication Critical patent/CN112104416A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112104416B publication Critical patent/CN112104416B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/07—Arrangements for monitoring or testing transmission systems; Arrangements for fault measurement of transmission systems
    • H04B10/075—Arrangements for monitoring or testing transmission systems; Arrangements for fault measurement of transmission systems using an in-service signal
    • H04B10/079—Arrangements for monitoring or testing transmission systems; Arrangements for fault measurement of transmission systems using an in-service signal using measurements of the data signal
    • H04B10/0799—Monitoring line transmitter or line receiver equipment

Abstract

本发明公开了一种基于双平行马赫增德尔调制器的到达角无模糊测量方法，该发明涉及微波光子技术领域。所述方法如说明书附图1所示，包括激光二极管LD，双平行马赫曾德尔调制器DPMZM，密集型波分复用器DWDM，光功率计。本发明将天线接收的射频信号分别调制在DPMZM的上下子调制器上，子调制器都工作在最小点进行抑制载波双边带调制，通过控制主调制器偏压在上下子调制器之间引入相位差，DPMZM输出信号经DWDM分离上下边带，由光功率计测量每路功率，构建两条不同的功率相位映射曲线，无模糊映射出信号在两天线端的相位差，实现到达角无模糊测量。此方案只使用一个DPMZM和一个DWDM，结构简单紧凑，无测量模糊，可以在很大的范围内测量到达角并保持很小的误差。

Description

基于双平行马赫增德尔调制器的到达角无模糊测量方法
技术领域
本发明涉及光通信技术领域和微波技术领域，主要涉及基于双平行马赫增德尔调制器实现微波信号到达角测量。
背景技术
微波信号到达角测量是指测量天线所接收到信号的来波方向与天线所成角度，广泛应用于电子战和雷达系统中。因此对到达角进行精确测量具有重要意义。传统电域测量由于受电域测量器件限制，只能工作在特定频段测量较小范围，并且抗电磁干扰能力差，测量精度不高。随着无线电信号频率的提高以及周围电磁环境的日益复杂，到达角测量需要大的测量范围以及强的抗电磁干扰能力。
与传统电域测量技术相比，微波光子技术具有大带宽、低损耗、抗电磁干扰能力强等优势，特别适合复杂电磁环境下的高精度大带宽测量应用，这为到达角测量提供了新的技术途径。
目前已经提出的微波光子到达角测量方法主要有两类。第一类：设立两个间距为半波长的天线，通过测量信号在两天线端的相位差从而计算出到达角。这类方法结构简单，但是由于相位差一般通过光域功率干涉映射得到，存在相位模糊，进而无法区分到达角度的正负。第二类：设立两个间距为半波长的天线，通过测量信号到两天线的时间差，从而计算出到达角。该类方法不会存在到达角模糊问题，但由于需要使用光延时线等器件，导致方法结构复杂，并且测量范围大大受限。
发明内容
为了解决背景技术中所存在的问题，本发明提出了一种基于双平行马赫增德尔调制器DPMZM的到达角无模糊测量方法。密集波分复用器DWDM两路输出的信号由光功率计测量功率值，通过得到的两路功率值便可无模糊映射出信号在相距半波长的两天线端的相位差，从而得到无模糊到达角。相比于技术背景中提到的测量方法，该方法只采用了一个简单的外调制器和一个滤波器，结构简单，易于实现，有效解决了功率干涉带来的测量模糊问题，可以在很大的范围内测量到达角并保持很小的误差。
本发明采用的技术方案是：所述方法包括激光二极管LD，双平行马赫增德尔调制器DPMZM，DWDM。LD的输出端口与DPMZM的输入端相连，两个天线接收到的射频信号分别加载在DPMZM的上下子马赫增德尔调制器MZM上，DPMZM的输出与DWDM相连，DWDM的两路输出分别连接功率计进行功率测量。
上述DPMZM由Y型分光器、上下并行的MZMa和MZMb，以及主调制器MZMc集成。MZMa和MZMb具有相同的结构和性能，各有独立的射频口port1和port2以及直流端口Va和Vb，工作时，两个射频口均采用推挽模式。MZMc只具有偏置口Vc，用来在两子调制器间引入相位差。
本发明在工作时包括以下步骤：
1)从LD发出的连续光载波输入到DPMZM中，在DPMZM内由Y型分光器将光载波分成功率相等的两部分，分别输入到MZMa和MZMb中。此时激光器的输出的光信号可表示为：
Ein(t)＝E0exp(jωct)
其中，E0和ωc为光载波的幅度和角频率。
2)两天线接收到的信号分别驱动MZMa的射频端口port1和MZMb的射频端口port2，信号在两天线端的表达式为：VRF1(t)＝VRcos(ωRt)和
Figure BDA0002096152830000021
其中VR是射频信号的幅度，ωR表示信号的角频率，
Figure BDA0002096152830000022
表示信号在两天线间的相位差。调节直流偏压Va和Vb使得MZMa和MZMb工作在最小点，分别产生载波抑制双边带调制CS-DSB信号。此时两子调制器输出的调制信号可表示为：
Figure BDA0002096152830000023
Figure BDA0002096152830000024
其中，m＝πVR/Vπ为射频信号的调制指数，Vπ是MZM的半波电压，J1(.)是第一类1阶贝塞尔函数。
3)控制主调制器MZMc的直流偏压Vc，在MZMa和MZMb的输出信号之间引入相位差，最后两信号合束后从DPMZM中输出，通入DWDM。此时信号可以表示为：
Figure BDA0002096152830000025
其中，θ为引入的已知相位差。
4)调节激光器的波长，使DWDM中两个相邻通道对准已调信号的正负一阶边带，则DWDM两个通道分别输出两天线接收信号的上边带和下边带。两通道信号表达式为：
Figure BDA0002096152830000031
Figure BDA0002096152830000032
5)分离后的上边带和下边带信号分别输入到上支路功率计和下支路功率计进行功率测量，得到两个功率数值。两功率表达式分别为：
Figure BDA0002096152830000033
Figure BDA0002096152830000034
6)信号到达天线的到达角不同时，两天线接收信号之间的相位差不同，则功率计所测得的功率值不同，根据这一特性构建出功率相位映射曲线，上下两支路可测得两组功率数值，共可得到两条不同的功率相位映射曲线。
7)信号以任意到达角被天线接收时，根据方法测量其功率值，通过功率相位映射曲线得到无模糊相位差
Figure BDA0002096152830000035
最终根据公式
Figure BDA0002096152830000036
计算出到达角φ。
本发明提出了一种新型的基于DPMZM的到达角测量方法，采用DPMZM来调制两天线接收信号产生CS-DSB信号。利用DWDM将已调信号的上下边带分离，利用上边带和下边带的功率值映射出无模糊相位差，从而计算出无模糊到达角。
本方法只采用了一个外调制器，充分利用了上下子调制器和上下边带的相位关系，未引入额外器件，构造了两条不同的功率映射曲线，降低了方法的复杂度，节约了成本，减少了误差来源。
两条不同功率相位映射曲线的相对关系只取决于DPMZM主调制器偏压Vc引入的相位差，映射曲线确定后Vc所引入的相位差固定。
由于DWDM通带带宽大且平坦，该测量方法可以在40GHz的频段范围内工作。
由于本方法可以通过测得的两个功率值无模糊映射出360度范围内的相位差，所以到达角无模糊测量范围是180度。
附图说明
图1为本发明方法原理图。
图2为本发明方法实验结构图。
图3为本发明方法实验测试中DPMZM输出信号的光谱图，以及所采用的DWDM两个通道的光谱图。
图4为本发明方法在实验测试中主调制器引入相移后经过DWDM分路测得的光谱图：
(a)射频信号为15GHz时，经DWDM一通道滤除上边带后测量的光谱图。
(b)射频信号为15GHz时，经DWDM二通道滤除下边带后测量的光谱图。
图5为本发明方法实验测试中，信号在两天线端从0到360度的不同相位差下测量得到的相位数据，以及与相应的理论曲线。
图6为本发明方法实验测试中，最终通过实验测量数据与理论曲线的对比计算，得出的相应相位差下的测量误差。
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。
如图2所示，在本实施例中，装置包括：LD，DPMZM，信号源，移相器PS，DWDM，光功率计。LD连接DPMZM，射频信号分别加载在DPMZM的上下子调制器上，其中一路射频信号经过PS模拟相位差。DPMZM输出后接DWDM，DWDM的两个输出端分别连接光功率计测量信号干涉后的功率值。其中DPMZM调制器由两个并行的MZMa和MZMb以及主调制器MZMc集成。
本实施例中，具体包括以下步骤：
步骤一：光源产生工作波长为1552nm，功率为10dBm的连续光波，该连续光波作为载波输入到DPMZM调制器。
步骤二：在DPMZM调制器内，光载波被均分为两路，分别输入到MZMa和MZMb中。射频信号的频率为15GHz，功率为3dBm，一路输入到DPMZM上臂MZMa的射频输入端口，另一路经过移相器移相后输入到DPMZM下臂MZMb的射频输入端口。调节MZMa和MZMb的偏压Va与Vb的大小，使MZMa和MZMb输出抑制载波正负一阶边带，最后两子调制器的输出信号合路后输出；如图3所示，可以看到DPMZM调制器输出信号的载波被抑制。
步骤三：通过控制主调制器MZMc的偏压Vc，在MZMa和MZMb的输出信号之间引入固定相位差。
步骤四：DPMZM调制器输出信号的输入到DWDM，调节激光器的波长，使得DPMZM输出信号的正一阶边带位于DWDM的一个通道中，负一阶边带落在另一个相邻通道中，如图3所示。DWDM的两个输出口分别输出正一阶边带和负一阶边带，如图4(a)和图4(b)所示。
步骤五：将DWDM的两路输出分别接入两个光功率计，测量两路功率值。调节移相器从0度到360度，每9度间隔移一次，记录不同相位差下的功率值，共40组数据。
步骤六：将测量的40组数据与理论曲线做对比，如图5，计算相位测量的误差，如图6。去除实验中曲线陷波处的特殊数据，本方法在360度的相位测量范围内误差最大为2.24度。
综上，本发明方法利用单个DPMZM结合DWDM实现了无模糊到达角测量。通过DPMZM实现抑制光载波双边带调制，DWDM分离上下边带，充分利用上下子调制器和两个边带之间的相位差进行功率干涉，可实现无模糊功率相位映射，得到无模糊到达角。该方法性能良好，结构简单较容易实现，在实际中具有很强的操作性。
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，如光载波波长与功率，射频信号频率与功率，主调制器引入的相移，滤波器形式等的改变也相应视为本发明的保护的范围。

Claims (1)

1.基于双平行马赫增德尔调制器的到达角无模糊测量方法，包括激光二极管LD，双平行马赫增德尔调制器DPMZM，密集型波分复用器DWDM，光功率计，其特征在于：LD发出的光载波进入DPMZM，DPMZM的上下子调制器分别调制相距半波长的两天线接收的射频信号，子调制器全都偏置在最小点进行抑制载波双边带调制，控制DPMZM的主调制器偏压在两子调制器之间引入特定相移，DPMZM的输出信号进入DWDM将上下边带分成两路后由光功率计测量每路功率，得到两组功率值并构建两条功率相位映射曲线，根据得到的两条不同的功率映射曲线，在360度相位范围内无模糊映射出信号在两天线端的相位差，在180度方向范围内计算出到达角，
所述DPMZM内部是由Y型分光器，两个马赫增德尔调制器MZM集成，MZMa和MZMb并联集成在一个主调制器MZMc上，射频口采用推挽模式加载射频信号，
所述DWDM内部是中心频率相隔几十吉赫兹的平坦光带通滤波器组。
CN201910519584.6A 2019-06-17 2019-06-17 基于双平行马赫增德尔调制器的到达角无模糊测量方法 Active CN112104416B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910519584.6A CN112104416B (zh) 2019-06-17 2019-06-17 基于双平行马赫增德尔调制器的到达角无模糊测量方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910519584.6A CN112104416B (zh) 2019-06-17 2019-06-17 基于双平行马赫增德尔调制器的到达角无模糊测量方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112104416A CN112104416A (zh) 2020-12-18
CN112104416B true CN112104416B (zh) 2021-06-01

Family

ID=73748247

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910519584.6A Active CN112104416B (zh) 2019-06-17 2019-06-17 基于双平行马赫增德尔调制器的到达角无模糊测量方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112104416B (zh)

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102263596A (zh) * 2011-07-07 2011-11-30 西南交通大学 一种具有高效数字编码输出的光子型微波测频方法和装置
CN102664690A (zh) * 2012-03-31 2012-09-12 西安空间无线电技术研究所 一种智能天线doa估计性能的有线测试方法
RU2504731C1 (ru) * 2012-07-17 2014-01-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова (Ленина) Акустооптический интерферометр
US9590740B1 (en) * 2014-10-22 2017-03-07 The United States Of America, As Represented By The Secretary Of The Navy Method and system for robust symmetrical number system photonic direction finding
WO2017067617A1 (en) * 2015-10-23 2017-04-27 Elettronica S.P.A. Improved photonic-assisted rf spectrum scanner for ultra-wide band receivers
CN106814247A (zh) * 2017-01-24 2017-06-09 西安电子科技大学 基于双平行马赫增德尔调制器测量多普勒频移的装置及方法
CN107528638A (zh) * 2017-07-27 2017-12-29 西安电子科技大学 基于微波光子滤波的宽带微波信号到达角估计方法
CN107741525A (zh) * 2017-10-13 2018-02-27 南京航空航天大学 光电探测器频率响应测量方法及装置
CN109116294A (zh) * 2018-07-06 2019-01-01 西安电子科技大学 基于微波光子阵列的超宽带信号波达方向角估计方法
CN109257066A (zh) * 2018-10-15 2019-01-22 中国航天科工集团八五研究所 基于dpmzm的相位可调射频对消装置及其对消方法
CN109725288A (zh) * 2017-10-31 2019-05-07 香港中文大学深圳研究院 一种基于到达时间和到达角度的定位方法
CN109813961A (zh) * 2019-01-11 2019-05-28 中国科学院半导体研究所 基于光学频率梳的微波瞬时测频装置

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20170131381A1 (en) * 2015-11-09 2017-05-11 Qualcomm Incorporated Enhancing angle of arrival and angle of departure estimation by signaling device movement
US10725142B2 (en) * 2017-02-01 2020-07-28 Cobham Advanced Electronic Solutions, Inc. Single channel interferometer with optical delay lines

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102263596A (zh) * 2011-07-07 2011-11-30 西南交通大学 一种具有高效数字编码输出的光子型微波测频方法和装置
CN102664690A (zh) * 2012-03-31 2012-09-12 西安空间无线电技术研究所 一种智能天线doa估计性能的有线测试方法
RU2504731C1 (ru) * 2012-07-17 2014-01-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова (Ленина) Акустооптический интерферометр
US9590740B1 (en) * 2014-10-22 2017-03-07 The United States Of America, As Represented By The Secretary Of The Navy Method and system for robust symmetrical number system photonic direction finding
WO2017067617A1 (en) * 2015-10-23 2017-04-27 Elettronica S.P.A. Improved photonic-assisted rf spectrum scanner for ultra-wide band receivers
CN106814247A (zh) * 2017-01-24 2017-06-09 西安电子科技大学 基于双平行马赫增德尔调制器测量多普勒频移的装置及方法
CN107528638A (zh) * 2017-07-27 2017-12-29 西安电子科技大学 基于微波光子滤波的宽带微波信号到达角估计方法
CN107741525A (zh) * 2017-10-13 2018-02-27 南京航空航天大学 光电探测器频率响应测量方法及装置
CN109725288A (zh) * 2017-10-31 2019-05-07 香港中文大学深圳研究院 一种基于到达时间和到达角度的定位方法
CN109116294A (zh) * 2018-07-06 2019-01-01 西安电子科技大学 基于微波光子阵列的超宽带信号波达方向角估计方法
CN109257066A (zh) * 2018-10-15 2019-01-22 中国航天科工集团八五研究所 基于dpmzm的相位可调射频对消装置及其对消方法
CN109813961A (zh) * 2019-01-11 2019-05-28 中国科学院半导体研究所 基于光学频率梳的微波瞬时测频装置

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Angle-of-Arrival Estimation of Broadband Microwave Signals Based on Microwave Photonic Filtering;Zhaoyang Tu; Aijun Wen; Zhongguo Xiu; Wu Zhang; Mei Chen;《IEEE Photonics Journal ( Volume: 9,Issue:5,Oct.2017)》;20171002;全文 *
相位调制平行光延迟器的微波高精度测量;徐丽钟等;《光通信技术》;20141015;全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN112104416A (zh) 2020-12-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110031832B (zh) 一种微波光子多普勒频移测量系统及其调节方法
CN107547138B (zh) 倍频因子可调谐相位编码信号光学产生装置及方法
CN112134624B (zh) 一种高效的微波光子信道化接收方法
CN113098618B (zh) 一种双频段相位编码信号的光学生成方法
CN108183751B (zh) 基于光子预失真的射频自干扰对消方法
CN113206706B (zh) 一种基于光子技术的高频宽带跳频信号产生装置及其方法
EP2551716A1 (en) Method and device for determining bias point of modulator
CN107733529B (zh) 一种三角波和方波信号光学产生与传输装置和方法
CN113507326B (zh) 一种基于光子技术的电/光跳频载波发生器
CN103873153A (zh) 一种光子型倍频微波信号相移装置及其相移控制方法
CN104836625A (zh) 一种基于dpmzm的高线性度微波光子链路实现系统
CN109088673B (zh) 基于双载波的宽带信号微波光子移相方法和系统
US9280032B2 (en) Method and device for converting optical frequency
CN112564811B (zh) 一种大动态范围的微波光子i/q下变频装置及调节方法
CN111835428A (zh) 一种倍频因子可调的双频段、多相位相位编码信号的光学生成方法
CN112104416B (zh) 基于双平行马赫增德尔调制器的到达角无模糊测量方法
CN103091935B (zh) 一种光单边带调制方法及装置
US8983305B2 (en) Method and apparatus for controlling phase delay offset point of modulator
CN111464241A (zh) 提高微波信号到达角精度的测量系统及测量方法
CN113541780A (zh) 一种基于光功率监控的瞬时频率测量装置
CN111398920B (zh) 一种宽带雷达目标多普勒频移模拟器及实现方法
CN114966197A (zh) 基于受激布里渊散射效应的瞬时微波频率测量装置和方法
CN112698091B (zh) 基于级联调制器的无模糊微波光子多普勒频移测量方法
CN114499687A (zh) 一种调制格式可调的线性调频信号产生装置
Kong et al. Photonic Approach for Unambiguous Measurement of AOA and DFS With Self-Interference Cancellation

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