CN112737687A - 一种高精度双多基地雷达光传输同步装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种高精度双多基地雷达光传输同步装置及方法，该装置包括宽带雷达回波信号激光传输子装置、射频参考信号激光传输子装置、第一波分复用器、第二波分复用器和电控高精度光纤延迟线，所述宽带雷达回波信号激光传输子装置分别与第一波分复用器和第二波分复用器连接，所述射频参考信号激光传输子装置分别与第一波分复用器、电控高精度光纤延迟线和第二波分复用器连接，所述电控高精度光线延迟线分别与第一波分复用器和第二波分复用器连接。该方法为应用上述同步装置的工作方法。本发明具有抗散射噪声及色散抖动的优点。本发明作为一种高精度双多基地雷达光传输同步装置及方法，可广泛应用于固体激光放大技术领域。
Description
技术领域
本发明属于双多基地雷达技术领域，尤其涉及一种高精度双多基地雷达光传输同步装置及方法。
背景技术
目前国内外光纤往返式射频稳相传输技术的基本原理都是利用参考信号在光纤中双向传递，获得传输信号的相位信息，然后通过闭环补偿的方法来补偿信道抖动引入的相位漂移。然而，目前光传输中光载波串扰、参考信号串扰、频率色散、偏振模色散以及瑞利散射对雷达回波信号传输的保真度和传输相位的影响尚未解决，导致高信噪比的双多基地雷达微弱回波信号光传输同步问题未能解决。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种高精度双多基地雷达光传输同步装置及方法，具有抗散射噪声及色散抖动的优点。
本发明所采用的第一技术方案是：一种高精度双多基地雷达光传输同步装置，包括宽带雷达回波信号激光传输子装置、射频参考信号激光传输子装置、第一波分复用器、第二波分复用器和电控高精度光纤延迟线，所述宽带雷达回波信号激光传输子装置分别与第一波分复用器和第二波分复用器连接，所述射频参考信号激光传输子装置分别与第一波分复用器、电控高精度光纤延迟线和第二波分复用器连接，所述电控高精度光线延迟线分别与第一波分复用器和第二波分复用器连接。
进一步，所述宽带雷达回波信号激光传输子装置包括第一激光器、第一强度调制器、分束器、第一偏置控制板、第一光转换器和第一偏置电压模块，所述第一激光器、第一强度调制器、分束器和第一波分复用器依次连接，所述分束器还与第一偏置板连接，所述第一偏置板与第一强度调制器连接，所述第一偏置电压模块、第一光电转换器和第二波分复用器依次连接。
进一步，所述分束器为1:99的光分束器。
进一步，所述射频参考信号激光传输子装置包括第二激光器、第二强度调制器、第二偏置控制板、环形器、第二光电转换器、第二偏置电压模块、射频参考源、鉴相电路模块、PID电路模块、延迟线驱动器和法拉第镜，所述第二激光器、第二强度调制器、环形器和第一波分复用器依次连接，所述第二偏置控制板与第二强度调制器连接，所述第二强度调制器还与射频参考源连接，所述射频参考源、鉴相电路模块、PID电路模块、延迟线驱动器和电控高精度光纤延迟线依次连接，所述光电转换器还分别与第二偏置电压模块和鉴相电路模块连接，所述法拉第镜与第二波分复用器连接。
本发明所采用的第二技术方案是：一种高精度双多基地雷达光传输同步方法，包括：
第一激光器，用于产生波长稳定性和单色性优异的光载波，产生中心波长稳定、功率稳定的窄线宽高稳定的光载波；
第一强度调制器，用于雷达回波信号的电光调制；
分束器，用于提取控制反馈光和输出信号光；
第一偏置控制板，用于控制第一强度调制器的工作点；
第一光电转换器，用于对接收端接收到的光信号进行光电转换并输出恢复出来的雷达回波信号；
第二激光器，用于产生中心波长稳定、功率稳定的窄线宽高稳定的光载波；
第二强度调制器，用于射频参考信号的电光调制；
环形器，用于对光信号进行路径选择；
第二偏置控制板，用于控制第二强度调制器的工作点；
第二光电转换器，用于往返传输的光信号进行光电转换并输出恢复出来的射频参考信号；
射频参考源，用于产生射频参考信号；
鉴相电路模块，用于对第二光电转换器恢复出来的射频参考信号与射频参考源产生的射频参考信号进行相位比较，输出鉴相电压；
PID电路模块，用于对鉴相器输出信号进行模拟PID控制，并将输出控制信号提供给延迟线驱动模块；
延迟线驱动模块，用于根据所述PID电路模块提供控制信号产生电控高精度光纤延迟线的驱动信号；
电控高精度光纤延迟线，用于根据传输路径的变化进行反馈补偿后实现射频参考信号的稳相传输；
法拉第镜，用于将电光调制后的射频参考信号从装置的接收端反射回发送端，对光信号的偏振做90度旋转；
第一波分复用器，用于将发送端电光调制后的射频参考信号和电光调制后的雷达回波信号进行合路，经由同一条光路传输到接收端，同时将接收端反射回发送端的电光调制后的射频参考信号进行波分解复用；
第二波分复用器，用于将接收端接收到的电光调制后的射频参考信号和电光调制后的雷达回波信号进行波分解复用，并将电光调制后的雷达回波信号传输至第一光电转换器进行光电转换，将电光调制后的射频参考信号传输至法拉第镜并反射回发送端。
进一步，还包括：
基于第一偏置电压模块为第一光电转化器提供偏置电压；
基于第二偏置电压模块为第二光电转换器提供偏置电压。
进一步，所述分束器具体为1:99的光分束器，所述用于提取控制反馈光和输出信号光这一步骤，其具体包括：
基于光分束器提取得到1％的控制反馈光和99％的信号光；
将1％的控制反馈光输入到第一偏置控制板；
将99％的信号光输入到第一波分复用器。
本发明方法及系统的有益效果是：本发明用于传输雷达回波信号的光载波与用于传输路径相位反馈的射频参考信号光载波分别位于密集波分复用的两个不同通道，从而避免了射频参考信号往返传输产生的瑞利散射噪声对雷达回波信号的干扰，此外，用于传输雷达回波信号的光载波和用于传输射频参考信号的光载波均为窄线宽激光，从而可以有效防止频率色散对射频参考信号传输相位和雷达回波信号传输相位的不良影响，同时射频参考信号经过法拉第镜的反射使正向传输光信号与反向传输光信号的偏振刚好正交，抑制了往返光信号的偏振色散，避免了偏振色散对稳相反馈补偿精度的影响，从而可以有效防止射频参考信号对雷达回波信号的串扰，使得双多基地雷达光传输同步的信噪比更高，稳相传输性能更优越。
附图说明
图1是本发明具体实施例一种高精度双多基地雷达光传输同步装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。对于以下实施例中的步骤编号，其仅为了便于阐述说明而设置，对步骤之间的顺序不做任何限定，实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。
如图1所示，本发明提供了一种高精度双多基地雷达光传输同步装置，包括宽带雷达回波信号激光传输子装置、射频参考信号激光传输子装置、第一波分复用器、第二波分复用器和电控高精度光纤延迟线，所述宽带雷达回波信号激光传输子装置分别与第一波分复用器和第二波分复用器连接，所述射频参考信号激光传输子装置分别与第一波分复用器、电控高精度光纤延迟线和第二波分复用器连接，所述电控高精度光线延迟线分别与第一波分复用器和第二波分复用器连接。
进一步作为本发明的优选实施例，所述宽带雷达回波信号激光传输子装置包括第一激光器、第一强度调制器、分束器、第一偏置控制板、第一光转换器和第一偏置电压模块，所述第一激光器、第一强度调制器、分束器和第一波分复用器依次连接，所述分束器还与第一偏置板连接，所述第一偏置板与第一强度调制器连接，所述第一偏置电压模块、第一光电转换器和第二波分复用器依次连接。
进一步作为本发明的优选实施例，所述分束器为1:99的光分束器。
进一步作为本发明的优选实施例，所述射频参考信号激光传输子装置包括第二激光器、第二强度调制器、第二偏置控制板、环形器、第二光电转换器、第二偏置电压模块、射频参考源、鉴相电路模块、PID电路模块、延迟线驱动器和法拉第镜，所述第二激光器、第二强度调制器、环形器和第一波分复用器依次连接，所述第二偏置控制板与第二强度调制器连接，所述第二强度调制器还与射频参考源连接，所述射频参考源、鉴相电路模块、PID电路模块、延迟线驱动器和电控高精度光纤延迟线依次连接，所述光电转换器还分别与第二偏置电压模块和鉴相电路模块连接，所述法拉第镜与第二波分复用器连接。
具体地，在本申请中，用于传输雷达回波信号的光载波与用于传输路径相位反馈的射频参考信号光载波分别位于密集波分复用的两个不同通道，从而避免了射频参考信号往返传输产生的瑞利散射噪声对雷达回波信号的干扰；用于传输雷达回波信号的光载波为窄线宽激光，从而可以有效防止频率色散对雷达回波信号传输相位的不良影响；用于传输射频参考信号的光载波为窄线宽激光，从而可以有效防止频率色散对射频参考信号传输相位的不良影响，同时射频参考信号经过法拉第镜的反射使正向传输光信号与反向传输光信号的偏振刚好正交，从而抑制了往返光信号的偏振色散，避免了偏振色散对稳相反馈补偿精度的影响。用于路径相位反馈的射频参考信号与雷达回波信号在频率上不交叉，从而可以有效防止射频参考信号对雷达回波信号的串扰。基于此，抗散射噪声及色散抖动的双多基地雷达光传输同步方法和装置可以使双多基地雷达光传输同步的信噪比更高，稳相传输性能更优越。
另外，将该同步装置应用于多基地雷达系统中各基地之间雷达回波信号的激光稳相传输同步：
激光传输可以理解为：基于激光载波电光调制、传输、光电转换的过程。
稳相传输可以理解为：基于光传输路径实时反馈补偿的射频信号稳相传输。
在发送端，宽带雷达回波信号激光传输和射频参考信号激光传输这两路信号通过第一波分复用器进行合路，经由同一条光路(光纤或自由空间)传输到接收端后再通过第二波分复用器进行分离，两者传输的主要光路为同一光路，因此，只要保证射频参考信号光路的稳相传输，宽带雷达回波信号也同样可以实现稳相传输。
所述宽带雷达回波信号激光传输子装置用于传输宽带雷达回波信号。
所述射频参考信号激光传输子装置用于光传输路径实时反馈补偿，从而保证宽带雷达回波信号在光传输路径中的稳相传输。
所述的第一波分复用器和第二波分复用器用于宽带雷达回波信号激光传输子装置和射频参考信号激光传输子装置的光载波的波分复用与波分解复用，具体地，所述的第一波分复用器用于将发送端电光调制后的射频参考信号和电光调制后的雷达回波信号进行合路，经由同一条光路(光纤或自由空间)传输到接收端，同时将接收端反射回发送端的电光调制后的射频参考信号进行波分解复用，使反射回发送端的电光调制后的射频参考信号传输至第二光电转换器进行光电转换。所述的第二波分复用器用于将接收端接收到抖动电光调制后的射频参考信号和电光调制后的雷达回波信号进行波分解复用，使电光调制后的雷达回波信号传输至第一光电转换器进行光电转换，同时使电光调制后的射频参考信号传输至法拉第镜并反射回发送端。
一种高精度双多基地雷达光传输同步方法，包括：
第一激光器，用于产生波长稳定性和单色性优异的光载波，产生中心波长稳定、功率稳定的窄线宽高稳定的光载波；
第一强度调制器，用于雷达回波信号的电光调制；
分束器，用于提取控制反馈光和输出信号光；
第一偏置控制板，用于控制第一强度调制器的工作点，使第一强度调制器始终工作在Q点，从而可实现低失真的雷达回波信号电光调制；
第一光电转换器，用于对接收端接收到的光信号进行光电转换并输出恢复出来的雷达回波信号；
第二激光器，用于产生中心波长稳定、功率稳定的窄线宽高稳定的光载波；
第二强度调制器，用于射频参考信号的电光调制；
环形器，用于对光信号进行路径选择，使第二强度调制器输出的信号经过环形器传输至第一波分复用器，同时使第一波分复用器返回的光传输至第二光电转换器；
第二偏置控制板，用于控制第二强度调制器的工作点，使第二强度调制器始终工作在Q点，从而可实现低失真的射频参考信号电光调制；
第二光电转换器，用于往返传输的光信号进行光电转换并输出恢复出来的射频参考信号；
射频参考源，用于产生射频参考信号；
鉴相电路模块，用于对第二光电转换器恢复出来的射频参考信号与射频参考源产生的射频参考信号进行相位比较，输出鉴相电压；
PID电路模块，用于对鉴相器输出信号进行模拟PID控制，并将输出控制信号提供给延迟线驱动模块；
延迟线驱动模块，用于根据所述PID电路模块提供控制信号产生电控高精度光纤延迟线的驱动信号，功能为光纤的电控延迟；
电控高精度光纤延迟线，用于根据传输路径的变化进行反馈补偿后实现射频参考信号的稳相传输；
法拉第镜，用于将电光调制后的射频参考信号从装置的接收端反射回发送端，同时法拉第镜可对光信号的偏振做90度旋转，从而使正向传输光信号与反向传输光信号的偏振刚好正交，从而抑制了往返光信号的偏振色散，避免了偏振色散对稳相反馈补偿精度的影响；
第一波分复用器，用于将发送端电光调制后的射频参考信号和电光调制后的雷达回波信号进行合路，经由同一条光路(光纤或自由空间)传输到接收端，同时将接收端反射回发送端的电光调制后的射频参考信号进行波分解复用，使反射回发送端的电光调制后的射频参考信号传输至第二光电转换器进行光电转换；
第二波分复用器，用于将接收端接收到抖动电光调制后的射频参考信号和电光调制后的雷达回波信号进行波分解复用，使电光调制后的雷达回波信号传输至第一光电转换器进行光电转换，同时使电光调制后的射频参考信号传输至法拉第镜并反射回发送端。
进一步作为本方法优选实施例，还包括：
基于第一偏置电压模块为第一光电转化器提供偏置电压；
基于第二偏置电压模块为第二光电转换器提供偏置电压。
进一步作为本方法优选实施例，所述分束器具体为1:99的光分束器，所述用于提取控制反馈光和输出信号光这一步骤，其具体包括：
基于光分束器提取得到1％的控制反馈光和99％的信号光；
将1％的控制反馈光输入到第一偏置控制板；
将99％的信号光输入到第一波分复用器。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (7)
1.一种高精度双多基地雷达光传输同步装置，其特征在于，包括宽带雷达回波信号激光传输子装置、射频参考信号激光传输子装置、第一波分复用器、第二波分复用器和电控高精度光纤延迟线，所述宽带雷达回波信号激光传输子装置分别与第一波分复用器和第二波分复用器连接，所述射频参考信号激光传输子装置分别与第一波分复用器、电控高精度光纤延迟线和第二波分复用器连接，所述电控高精度光线延迟线分别与第一波分复用器和第二波分复用器连接。
2.根据权利要求1所述一种高精度双多基地雷达光传输同步装置，其特征在于，所述宽带雷达回波信号激光传输子装置包括第一激光器、第一强度调制器、分束器、第一偏置控制板、第一光转换器和第一偏置电压模块，所述第一激光器、第一强度调制器、分束器和第一波分复用器依次连接，所述分束器还与第一偏置板连接，所述第一偏置板与第一强度调制器连接，所述第一偏置电压模块、第一光电转换器和第二波分复用器依次连接。
3.根据权利要求2所述一种高精度双多基地雷达光传输同步装置，其特征在于，所述分束器为1:99的光分束器。
4.根据权利要求3所述一种高精度双多基地雷达光传输同步装置，其特征在于，所述射频参考信号激光传输子装置包括第二激光器、第二强度调制器、第二偏置控制板、环形器、第二光电转换器、第二偏置电压模块、射频参考源、鉴相电路模块、PID电路模块、延迟线驱动器和法拉第镜，所述第二激光器、第二强度调制器、环形器和第一波分复用器依次连接，所述第二偏置控制板与第二强度调制器连接，所述第二强度调制器还与射频参考源连接，所述射频参考源、鉴相电路模块、PID电路模块、延迟线驱动器和电控高精度光纤延迟线依次连接，所述光电转换器还分别与第二偏置电压模块和鉴相电路模块连接，所述法拉第镜与第二波分复用器连接。
5.一种高精度双多基地雷达光传输同步方法，其特征在于，包括：
第一激光器，用于产生波长稳定性和单色性优异的光载波，产生中心波长稳定、功率稳定的窄线宽高稳定的光载波，；
第一强度调制器，用于雷达回波信号的电光调制；
分束器，用于提取控制反馈光和输出信号光；
第一偏置控制板，用于控制第一强度调制器的工作点；
第一光电转换器，用于对接收端接收到的光信号进行光电转换并输出恢复出来的雷达回波信号；
第二激光器，用于产生中心波长稳定、功率稳定的窄线宽高稳定的光载波；
第二强度调制器，用于射频参考信号的电光调制；
环形器，用于对光信号进行路径选择；
第二偏置控制板，用于控制第二强度调制器的工作点；
第二光电转换器，用于往返传输的光信号进行光电转换并输出恢复出来的射频参考信号；
射频参考源，用于产生射频参考信号；
鉴相电路模块，用于对第二光电转换器恢复出来的射频参考信号与射频参考源产生的射频参考信号进行相位比较，输出鉴相电压；
PID电路模块，用于对鉴相器输出信号进行模拟PID控制，并将输出控制信号提供给延迟线驱动模块；
延迟线驱动模块，用于根据所述PID电路模块提供控制信号产生电控高精度光纤延迟线的驱动信号；
电控高精度光纤延迟线，用于根据传输路径的变化进行反馈补偿后实现射频参考信号的稳相传输；
法拉第镜，用于将电光调制后的射频参考信号从装置的接收端反射回发送端，对光信号的偏振做90度旋转；
第一波分复用器，用于将发送端电光调制后的射频参考信号和电光调制后的雷达回波信号进行合路，经由同一条光路传输到接收端，同时将接收端反射回发送端的电光调制后的射频参考信号进行波分解复用；
第二波分复用器，用于将接收端接收到的电光调制后的射频参考信号和电光调制后的雷达回波信号进行波分解复用，并将电光调制后的雷达回波信号传输至第一光电转换器进行光电转换，将电光调制后的射频参考信号传输至法拉第镜并反射回发送端。
6.根据权利要求5所述一种高精度双多基地雷达光传输同步方法，其特征在于，还包括：
基于第一偏置电压模块为第一光电转化器提供偏置电压；
基于第二偏置电压模块为第二光电转换器提供偏置电压。
7.根据权利要求6所述一种高精度双多基地雷达光传输同步方法，其特征在于，所述分束器具体为1:99的光分束器，所述用于提取控制反馈光和输出信号光这一步骤，其具体包括：
基于光分束器提取得到1％的控制反馈光和99％的信号光；
将1％的控制反馈光输入到第一偏置控制板；
将99％的信号光输入到第一波分复用器。
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