CN112835044B - 一种基于可重构光学分数阶傅里叶变换的成像方法与系统 - Google Patents

一种基于可重构光学分数阶傅里叶变换的成像方法与系统 Download PDF

Info

Publication number
CN112835044B
CN112835044B CN202110021487.1A CN202110021487A CN112835044B CN 112835044 B CN112835044 B CN 112835044B CN 202110021487 A CN202110021487 A CN 202110021487A CN 112835044 B CN112835044 B CN 112835044B
Authority
CN
China
Prior art keywords
module
signal
radio frequency
output port
dispersion
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
CN202110021487.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112835044A (zh
Inventor
郑小平
彭韶文
李尚远
薛晓晓
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.)
Tsinghua University
Original Assignee
Tsinghua 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 Tsinghua University filed Critical Tsinghua University
Priority to CN202110021487.1A priority Critical patent/CN112835044B/zh
Publication of CN112835044A publication Critical patent/CN112835044A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112835044B publication Critical patent/CN112835044B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

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
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • G01S13/89—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • G01S13/90—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging using synthetic aperture techniques, e.g. synthetic aperture radar [SAR] techniques
    • 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
    • G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/41—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00 using analysis of echo signal for target characterisation; Target signature; Target cross-section

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)

Abstract

本发明提出一种基于可重构光学分数阶傅里叶变换的成像方法与系统，属于信号处理和雷达成像领域。该方法首先搭建基于可重构光学分数阶傅里叶变换的成像系统；根据待成像目标的运动速度，对系统中的色散模块进行色散量调整；然后发射机生成发射信号和参考信号，参考信号通过单边带调制模块进入系统进行调制，回波信号经过射频前端模块进行放大和滤波处理后进入系统进行调制，最终由数字信号处理器生成目标的距离像。本发明依据目标速度的大小，通过改变色散量来重构分数阶傅里叶变换的阶次，实现高速目标的成像，将本发明应用到空中防御，卫星探测等领域，可以有效实现目标的探测与精细识别。

Description

一种基于可重构光学分数阶傅里叶变换的成像方法与系统
技术领域
本发明涉及信号处理和雷达成像领域，特别涉及一种基于可重构光学分数阶傅里叶变换的成像方法与系统。
背景技术
成像雷达是探测识别目标的有效手段，在军事民用领域都发挥了重要作用。为了获得高分辨的成像结果，需要雷达工作在高频大带宽条件。近些年微波光子技术得到迅猛发展，许多基于微波光子的高分辨成像雷达得以提出。这些微波光子雷达的工作带宽均为数GHz，其采用的宽带接收方式大都为光子去斜接收处理、光子变频或者光子模数转换采样。对静止或者低速目标成像时，其能够获得较佳的成像结果，距离分辨力可高达厘米量级。但是对于高速目标，其存在严重的多普勒色散效应，且带宽越大，多普勒色散效应越明显。该效应会引起回波信号频谱特性的变化，使得成像分辨力恶化。尽管现在有人提出一些速度补偿算法来消除多普勒色散效应的影响，但都需要先把回波信号采集下来，然后再进行复杂的运算。宽带信号的采样本身存在很大的挑战，此外这些算法运算量较大，对数字信号处理的芯片要求比较高。
发明内容
本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种基于可重构光学分数阶傅里叶变换的成像方法与系统。本发明依据目标速度的大小，通过改变色散量来重构目标阶次，实现高速目标的成像，将本发明应用到空中防御，卫星探测等领域，可以有效实现目标的探测与精细识别。
本发明提出一种基于可重构光学分数阶傅里叶变换的成像方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
1)搭建基于可重构光学分数阶傅里叶变换的成像系统；
该系统包括：雷达发射机，激光器，单边带调制模块，色散模块，光电转换模块，光电探测器，模数转换器，数字信号处理器，射频前端模块以及天线；其中，天线包括发射天线和接收天线；所述雷达发射机包含一个发射信号射频输出口和一个参考信号射频输出口；雷达发射机的发射信号射频输出口连接发射天线的射频输入口，接收天线的输出口连接射频前端模块的输入口，射频前端模块的输出口连接光电转换模块的射频输入口；雷达发射机的参考信号射频输出口连接单边带调制模块的射频输入口，单边带调制模块的光输入口连接激光器的输出口，单边带调制模块的输出口连接色散模块的输入口，色散模块的输出口连接光电转换模块的光输入口，光电转换模块的光输出口连接光电探测器的输入口，光电探测器的光输出口连接模数转换器的输入口，模数转换器的输出口连接数字信号处理器的输入口；
2)根据待成像目标的运动速度，对步骤1)搭建的系统中的色散模块进行色散量调整；具体步骤如下：
2-1)获取待成像目标的运动速度；
2-2)利用步骤2-1)的结果，调整色散模块的二阶色散量：
如果单边带调制模块实现的是下边带调制，则使得色散模块的二阶色散量满足下式：
Figure BDA0002888756600000021
如果单边带调制模块实现的是上边带调制，则使得色散模块的二阶色散量满足下式：
Figure BDA0002888756600000022
其中，c是光速，v是目标的速度，k是发射信号的线性调频波的啁啾率，λ是光载波的波长；
3)发射机生成发射信号和参考信号，该两个信号均为线性调频信号，且两个信号的中心频率和啁啾率一致；其中，发射信号发送给发射天线，参考信号发送给单边带调制模块；
其中，参考信号表达式如下：
s(t)＝exp[j(2πf0t+πkt2)] (3)
其中，f0是参考信号和发射信号的初始频率，k是参考信号和发射信号的啁啾率，t表示时间，j代表复数信号的相位；
发射机的发射信号经过发射天线辐射至空中，接收天线接收到包含目标信息的回波信号，回波信号表达式如下：
Figure BDA0002888756600000023
其中，A是回波信号的强度大小，R是目标的初始距离，v是目标速度；
4)发射机将步骤3)生成的参考信号发送至单边带调制模块作为单边带调制的驱动信号去调制激光器产生的单波长激光，生成单边带调制光信号，然后将单边带调制光信号发送给经过步骤2)调整后的色散模块；
5)色散模块对步骤4)生成的单边带调制光信号进行色散处理，得到色散处理后的光信号然后发送给光电转换模块；
6)接收天线将接收到的回波信号通过射频前端模块进行放大和滤波处理后发送到光电转换模块；在光电转换模块，色散模块输出的光信号作为光电转换模块的载波，经过放大和滤波处理的回波信号对该载波进行调制，生成调制后的光信号并发送给光电探测器；
7)光电探测器对步骤6)生成的调制后的光信号进行拍频变换成电信号，然后将该电信号发送给模数转换器；
8)模数转换器对从光电探测器接收的电信号进行采样得到采样的数据并发送给数字信号处理器；
9)数字信号处理器对采样的数据进行傅里叶变换处理获得分数傅里叶谱，对分数傅里叶谱进行坐标替换最终获得回波信号中目标的距离像；
其中，坐标替换表达式为：
Figure BDA0002888756600000031
其中r代表距离，f代表分数傅里叶域频率；
目标的初始距离为
Figure BDA0002888756600000032
其中F为分数傅里叶谱中脉冲峰值的位置。
本发明还提出一种基于上述方法的基于可重构光学分数阶傅里叶变换的成像系统，其特征在于，该系统包括：雷达发射机，激光器，单边带调制模块，色散模块，光电转换模块，光电探测器，模数转换器，数字信号处理器，射频前端模块和天线；其中天线包括发射天线和接收天线；雷达发射机包括一个发射信号射频输出口和一个参考信号射频输出口；雷达发射机的发射信号射频输出口连接发射天线的射频输入口，接收天线的输出口连接射频前端模块的输入口，射频前端模块的输出口连接光电转换模块的射频输入口；雷达发射机的参考信号射频输出口连接至单边带调制模块的射频输入口；单边带调制模块的光输入口连接激光器的输出口；单边带调制模块的输出口连接色散模块的输入口，色散模块的输出口连接光电转换模块的光输入口，光电转换模块的光输出口连接光电探测器的输入口，光电探测器的光输出口连接模数转换器的输入口，模数转换器的输出口连接数字信号处理器的输入口；
所述雷达发射机用于产生发射信号和参考信号，该两个信号均为线性调频信号，且两个信号的中心频率和啁啾率一致；其中，发射信号发送给发射天线，参考信号发送给单边带调制模块；
所述天线包括发射天线和接收天线，其中发射天线用于将从雷达发射机接收的发射信号发射到空中，接收天线用于接收回波信号并发送给射频前端模块；
所述激光器用于产生单波长激光并发送给单边带调制模块，所述激光的波长和色散模块的中心波长一致；
所述单边带调制模块用于将接收到的参考信号作为驱动信号去调制激光器产生的单波长激光，生成单边带调制光信号，然后将单边带调制光信号发送给色散模块；
所述色散模块用于对接收到的单边带调制光信号进行色散处理，然后将经过色散处理后得到的光信号发送给光电转换模块；
所述射频前端模块用于对从接收天线输出的信号进行放大和滤波处理，然后发送给光电转换模块；
所述光电转换模块用于将从射频前端模块接收到的经过放大和滤波处理的回波信号调制到光场；其中，色散模块输出的光信号作为光电转换模块的载波，经过放大和滤波处理的回波信号对该载波进行调制得到调制后的光信号，然后将该调制后的光信号发送给光电探测器；
所述光电探测器用于对从光电转换模块接收的调制后的光信号进行拍频转换成电信号，然后将该电信号发送给模数转换器；
所述模数转换器用于对从光电探测器接收的电信号进行采样，并将采样的数据发送给数字信号处理器；
所述数字信号处理器用于对从模数转换器接收的采样的数据进行傅里叶变换得到分数傅里叶谱，对分数傅里叶谱进行变量替换最终获得目标的距离像，其中分数傅里叶谱中各个脉冲信号的峰值位置即为目标的距离。
本发明的特点及有益效果在于：
本发明通过搭建基于可重构光学分数阶傅里叶变换的成像系统，然后改变系统色散模块的色散量，即可改变分数阶傅里叶变换器的阶次，进而可以使得高速目标的回波信号在分数域能量聚集，形成窄脉冲，最终获得高速目标的高分辨距离像。由于光学分数阶傅里叶变换的可重构性，本发明可以有效消除多普勒色散效应引起的分辨力恶化问题，得宽带雷达在对高速目标成像时，不受多普勒色散的影响，进而实现任意速度目标的高分辨成像。
附图说明
图1为本发明提出的一种基于可重构光学分数阶傅里叶变换的成像方法的原理图。
图2为本发明的一种基于可重构光学分数阶傅里叶变换的成像系统的结构示意图。
图3为本发明中单边带调制模块的结构示意图。
图4为本发明实施例的仿真结果图。
具体实施方式
本发明提出一种基于可重构光学分数阶傅里叶变换的成像方法及系统，下面结合附图和具体实施例进一步详细说明如下。
本发明提出一种基于可重构光学分数阶傅里叶变换的成像方法，原理图如图1所示，雷达发射机产生发射信号和参考信号，其中参考信号和由光源产生的激光一起进行单边带调制得到单边带调制光信号，该光信号经过色散后再和由天线接收到的回波信号一起进行电光调制生成调制后的光信号，然后通过光电变换转换为电信号，对该电信号进行傅里叶变换，最终生成目标的距离像。该方法包括以下步骤：
1)搭建基于可重构光学分数阶傅里叶变换的成像系统；
所述成像系统结构如图2所示，该系统包括：雷达发射机，激光器，单边带调制模块，色散模块，光电转换模块，光电探测器，模数转换器，数字信号处理器，射频前端模块以及天线。其中天线包括发射天线和接收天线；雷达发射机包括一个发射信号射频输出口和一个参考信号射频输出口；雷达发射机的发射信号射频输出口连接发射天线的射频输入口，接收天线的输出口连接射频前端模块的输入口，射频前端模块的输出口连接光电转换模块的射频输入口；雷达发射机的参考信号射频输出口连接单边带调制模块的射频输入口。单边带调制模块的光输入口连接激光器的输出口。单边带调制模块的输出口连接色散模块的输入口，色散模块的输出口连接光电转换模块的光输入口，光电转换模块的光输出口连接光电探测器的输入口，光电探测器的光输出口连接模数转换器的输入口，模数转换器的输出口连接数字信号处理器的输入口。
2)根据待成像目标的运动速度，对步骤1)搭建的系统中的色散模块进行色散量调整；具体步骤如下：
2-1)获取待成像目标的运动速度；
本发明中，对于合作目标，其速度为已知的；对于非合作目标，可以通过激光测速系统或者雷达测速系统等方式获得目标的运动速度。
2-2)利用步骤2-1)的结果，调整色散模块的二阶色散量。
如果单边带调制模块实现的是下边带调制，则使得色散模块的二阶色散量(ps/nm)满足下式：
Figure BDA0002888756600000061
其中，c是光速，v是目标的速度，k是发射信号的线性调频波的啁啾率，λ是光载波的波长。
如果单边带调制模块实现的是上边带调制，则使得色散模块的二阶色散量(ps/nm)满足下式：
Figure BDA0002888756600000062
其中，c是光速，v是目标的速度，k是发射信号的线性调频波的啁啾率，λ是光载波的波长。
3)发射机生成发射信号和参考信号。这里的参考信号可以表示为：
s(t)＝exp[j(2πf0t+πkt2)] (3)
其中，f0是参考信号和发射信号的初始频率，k是参考信号和发射信号的啁啾率，t表示时间，j代表复数信号的相位。
发射机的发射信号经过发射天线辐射至空中，接收天线接收到包含目标信息的回波信号，回波信号表达式如下：
Figure BDA0002888756600000063
其中，A是回波信号的强度大小，R是目标的初始距离，v是目标速度；
4)发射机将步骤3)生成的参考信号发送至单边带调制模块作为单边带调制的驱动信号去调制激光器产生的单波长激光，生成单边带调制光信号。然后将单边带调制光信号送入经过步骤2)调整后的色散模块；
5)色散模块对步骤4)生成的单边带调制光信号进行色散处理，得到色散处理后的光信号并发送给光电转换模块。
6)接收天线将接收到的回波信号通过射频前端模块进行放大和滤波处理后发送到光电转换模块射频输入口去调制从色散模块输出的光信号；在光电转换模块，色散模块输出的光信号作为光电转换模块的载波，经过放大和滤波处理的回波信号对该载波进行调制，然后将调制后的光信号发送至光电探测器；
7)光电探测器对步骤6)生成的调制后的光信号进行拍频变成电信号并发送给模数转换器；
8)模数转换器对从光电探测器接收的电信号进行采样得到采样的数据并发送给数字信号处理器；
9)数字信号处理器对采样的数据进行傅里叶变换处理获得分数傅里叶谱，对分数傅里叶谱进行坐标替换就可以获得回波信号中目标的距离像，其中分数傅里叶谱中各个脉冲信号的峰值位置就是目标的距离。。
其中，坐标替换公式为
Figure BDA0002888756600000071
其中r代表距离，f代表分数傅里叶域频率。目标的初始距离为
Figure BDA0002888756600000072
其中F为分数傅里叶谱中脉冲峰值的位置。
本发明还提出一种基于上述的方法的基于可重构光学分数阶傅里叶变换的成像系统，结构如图2所示，该系统包括：雷达发射机，激光器，单边带调制模块，色散模块，光电转换模块，光电探测器，模数转换器，数字信号处理器，射频前端模块以及天线。其中天线包括发射天线和接收天线；雷达发射机包括一个发射信号射频输出口和一个参考信号射频输出口；雷达发射机的发射信号射频输出口连接发射天线的射频输入口，接收天线的输出口连接射频前端模块的输入口，射频前端模块的输出口连接光电转换模块的射频输入口；雷达发射机的参考信号射频输出口连接至单边带调制模块的射频输入口。单边带调制模块的光输入口连接激光器的输出口。单边带调制模块的输出口连接色散模块的输入口，色散模块的输出口连接光电转换模块的光输入口，光电转换模块的光输出口连接光电探测器的输入口，光电探测器的光输出口连接模数转换器的输入口，模数转换器的输出口连接数字信号处理器的输入口。
所述雷达发射机用于产生发射信号和参考信号，这两个信号均为线性调频信号，且它们的中心频率和啁啾率一致。其中，发射信号发送给发射天线，参考信号发送给单边带调制模块。
所述天线包括发射天线和接收天线，其中发射天线用于将从雷达发射机接收的发射信号发射到空中，接收天线用于接收回波信号并发送给射频前端模块。其中，回波信号中包含了目标的信息，目标可以是合作目标或者非合作目标。对于合作目标，其位置和速度是已知的；对于非合作目标，可以通过激光测速系统或者雷达测速系统等方式获得目标的运动速度。雷达发射信号到空中，只要有目标就会有回波，目标的距离等信息是包含在回波中的，所以才能通过回波进行成像。
所述激光器用于产生单波长激光并发送给单边带调制模块，所述激光的波长和色散模块的中心波长一致。
所述单边带调制模块用于将接收到的参考信号作为驱动信号去调制激光器产生的单波长激光，实现单边带电光调制，生成单边带调制光信号，然后将单边带调制光信号发送给色散模块。
所述色散模块用于对接收到的单边带调制光信号进行色散处理，然后将经过色散处理后得到的光信号发送给光电转换模块。其中所述色散处理实现整个分数阶傅里叶变换的阶次的调整。
所述射频前端模块用于对从接收天线输出的信号进行放大和滤波处理，然后发送给光电转换模块。
所述光电转换模块用于将从射频前端模块接收到的经过放大和滤波处理的回波信号调制到光场，这里的调制方式可以有多种，仅需要保证其调制在光载波上之后至少存在一个边带，这个边带所处位置和前面所述的单边带调制的边带一致。色散模块输出的光信号作为光电转换模块的载波，经过放大和滤波处理的回波信号对这个载波进行调制得到调制后的光信号，然后将该调制后的光信号发送给光电探测器。
所述光电探测器用于对从光电转换模块接收的调制后的光信号进行拍频转换成电信号，然后将该电信号发送给模数转换器。
所述模数转换器用于对从光电探测器接收的电信号进行采样，并将采样的数据发送给数字信号处理器。
所述数字信号处理器用于对从模数转换器接收的采样的数据进行傅里叶变换得到分数傅里叶谱，对分数傅里叶谱进行变量替换就可以获得目标的距离像，其中分数傅里叶谱中各个脉冲信号的峰值位置就是目标的距离。
本发明中，所述单边带调制模块的实现形式有多种，比如图3(a)和图3(b)所示。在图3(a)中，所述单边带调制模块包括一个90度混合耦合器和一个双驱动马赫增德尔调制器，雷达发射机的参考信号射频输出口连接90度混合耦合器的输入端，90度混合耦合器的两输出端分别加载在双驱动马赫增德尔调制器的两个射频输入口。双驱动马赫增德尔调制器偏置在线性偏置点，激光器的光输出口连接至双驱动马赫增德尔调制器的输入口，双驱动马赫增德尔调制器的输出口连接色散模块的输入口。在图3(b)中，所述单边带调制模块包括一个马赫增德尔调制器和一个光滤波器，雷达发射机的参考信号射频输出口连接至马赫增德尔调制器的射频输入口，激光器的光输出口连接至该马赫增德尔调制器的输入口，该马赫增德尔调制器的输出口连接至光滤波器的输入口，光滤波器的输出口连接至色散模块的输入口。
所述色散模块可以用可调色散模块或者色散补偿光纤等色散器件来实现。所述光电转换模块可以由马赫增德尔调制器来实现。
实施例：
按照如图2所示的系统，我们进行了仿真。发射信号为8-20GHz的线性调频波，脉宽为250μs,目标速度为113.45m/s,目标上有四个散射点，各散射点之间相距5cm,光波长为1545nm,调整系统中的色散模块值为-3960.7ps/nm，仿真中的单边带调制模块由90°混合耦合器及双驱动马赫增德尔调制器来实现，实现的是上边带调制。而光电转换模块则由马赫增德尔调制器来实现。仿真输出的目标的一维距离像如图4所示。

Claims (4)

1.一种基于可重构光学分数阶傅里叶变换的成像方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
1)搭建基于可重构光学分数阶傅里叶变换的成像系统；
该系统包括：雷达发射机，激光器，单边带调制模块，色散模块，光电转换模块，光电探测器，模数转换器，数字信号处理器，射频前端模块以及天线；其中，天线包括发射天线和接收天线；所述雷达发射机包含一个发射信号射频输出口和一个参考信号射频输出口；雷达发射机的发射信号射频输出口连接发射天线的射频输入口，接收天线的输出口连接射频前端模块的输入口，射频前端模块的输出口连接光电转换模块的射频输入口；雷达发射机的参考信号射频输出口连接单边带调制模块的射频输入口，单边带调制模块的光输入口连接激光器的输出口，单边带调制模块的输出口连接色散模块的输入口，色散模块的输出口连接光电转换模块的光输入口，光电转换模块的光输出口连接光电探测器的输入口，光电探测器的光输出口连接模数转换器的输入口，模数转换器的输出口连接数字信号处理器的输入口；
2)根据待成像目标的运动速度，对步骤1)搭建的系统中的色散模块进行色散量调整；具体步骤如下：
2-1)获取待成像目标的运动速度；
2-2)利用步骤2-1)的结果，调整色散模块的二阶色散量：
如果单边带调制模块实现的是下边带调制，则使得色散模块的二阶色散量满足下式：
Figure FDA0002888756590000011
如果单边带调制模块实现的是上边带调制，则使得色散模块的二阶色散量满足下式：
Figure FDA0002888756590000012
其中，c是光速，v是目标的速度，k是发射信号的线性调频波的啁啾率，λ是光载波的波长；
3)发射机生成发射信号和参考信号，该两个信号均为线性调频信号，且两个信号的中心频率和啁啾率一致；其中，发射信号发送给发射天线，参考信号发送给单边带调制模块；
其中，参考信号表达式如下：
s(t)＝exp[j(2πf0t+πkt2)] (3)
其中，f0是参考信号和发射信号的初始频率，k是参考信号和发射信号的啁啾率，t表示时间，j代表复数信号的相位；
发射机的发射信号经过发射天线辐射至空中，接收天线接收到包含目标信息的回波信号，回波信号表达式如下：
Figure FDA0002888756590000021
其中，A是回波信号的强度大小，R是目标的初始距离，v是目标速度；
4)发射机将步骤3)生成的参考信号发送至单边带调制模块作为单边带调制的驱动信号去调制激光器产生的单波长激光，生成单边带调制光信号，然后将单边带调制光信号发送给经过步骤2)调整后的色散模块；
5)色散模块对步骤4)生成的单边带调制光信号进行色散处理，得到色散处理后的光信号然后发送给光电转换模块；
6)接收天线将接收到的回波信号通过射频前端模块进行放大和滤波处理后发送到光电转换模块；在光电转换模块，色散模块输出的光信号作为光电转换模块的载波，经过放大和滤波处理的回波信号对该载波进行调制，生成调制后的光信号并发送给光电探测器；
7)光电探测器对步骤6)生成的调制后的光信号进行拍频变换成电信号，然后将该电信号发送给模数转换器；
8)模数转换器对从光电探测器接收的电信号进行采样得到采样的数据并发送给数字信号处理器；
9)数字信号处理器对采样的数据进行傅里叶变换处理获得分数傅里叶谱，对分数傅里叶谱进行坐标替换最终获得回波信号中目标的距离像；
其中，坐标替换表达式为：
Figure FDA0002888756590000022
其中r代表距离，f代表分数傅里叶域频率；
目标的初始距离为
Figure FDA0002888756590000023
其中F为分数傅里叶谱中脉冲峰值的位置。
2.一种基于如权利要求1所述方法的基于可重构光学分数阶傅里叶变换的成像系统，其特征在于，该系统包括：雷达发射机，激光器，单边带调制模块，色散模块，光电转换模块，光电探测器，模数转换器，数字信号处理器，射频前端模块和天线；其中天线包括发射天线和接收天线；雷达发射机包括一个发射信号射频输出口和一个参考信号射频输出口；雷达发射机的发射信号射频输出口连接发射天线的射频输入口，接收天线的输出口连接射频前端模块的输入口，射频前端模块的输出口连接光电转换模块的射频输入口；雷达发射机的参考信号射频输出口连接至单边带调制模块的射频输入口；单边带调制模块的光输入口连接激光器的输出口；单边带调制模块的输出口连接色散模块的输入口，色散模块的输出口连接光电转换模块的光输入口，光电转换模块的光输出口连接光电探测器的输入口，光电探测器的光输出口连接模数转换器的输入口，模数转换器的输出口连接数字信号处理器的输入口；
所述雷达发射机用于产生发射信号和参考信号，该两个信号均为线性调频信号，且两个信号的中心频率和啁啾率一致；其中，发射信号发送给发射天线，参考信号发送给单边带调制模块；
所述天线包括发射天线和接收天线，其中发射天线用于将从雷达发射机接收的发射信号发射到空中，接收天线用于接收回波信号并发送给射频前端模块；
所述激光器用于产生单波长激光并发送给单边带调制模块，所述激光的波长和色散模块的中心波长一致；
所述单边带调制模块用于将接收到的参考信号作为驱动信号去调制激光器产生的单波长激光，生成单边带调制光信号，然后将单边带调制光信号发送给色散模块；
所述色散模块用于对接收到的单边带调制光信号进行色散处理，然后将经过色散处理后得到的光信号发送给光电转换模块；
所述射频前端模块用于对从接收天线输出的信号进行放大和滤波处理，然后发送给光电转换模块；
所述光电转换模块用于将从射频前端模块接收到的经过放大和滤波处理的回波信号调制到光场；其中，色散模块输出的光信号作为光电转换模块的载波，经过放大和滤波处理的回波信号对该载波进行调制得到调制后的光信号，然后将该调制后的光信号发送给光电探测器；
所述光电探测器用于对从光电转换模块接收的调制后的光信号进行拍频转换成电信号，然后将该电信号发送给模数转换器；
所述模数转换器用于对从光电探测器接收的电信号进行采样，并将采样的数据发送给数字信号处理器；
所述数字信号处理器用于对从模数转换器接收的采样的数据进行傅里叶变换得到分数傅里叶谱，对分数傅里叶谱进行变量替换最终获得目标的距离像，其中分数傅里叶谱中各个脉冲信号的峰值位置即为目标的距离。
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述单边带调制模块包括一个90度混合耦合器和一个双驱动马赫增德尔调制器；雷达发射机的参考信号射频输出口连接90度混合耦合器的输入端，90度混合耦合器的两输出端分别加载在双驱动马赫增德尔调制器的两个射频输入口，双驱动马赫增德尔调制器偏置在线性偏置点，激光器的光输出口连接双驱动马赫增德尔调制器的输入口，双驱动马赫增德尔调制器的输出口连接色散模块的输入口。
4.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述单边带调制模块包括一个马赫增德尔调制器和一个光滤波器；雷达发射机的参考信号射频输出口连接马赫增德尔调制器的射频输入口，激光器的光输出口连接该马赫增德尔调制器的输入口，该马赫增德尔调制器的输出口连接光滤波器的输入口，光滤波器的输出口连接色散模块的输入口。
CN202110021487.1A 2021-01-08 2021-01-08 一种基于可重构光学分数阶傅里叶变换的成像方法与系统 Active CN112835044B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110021487.1A CN112835044B (zh) 2021-01-08 2021-01-08 一种基于可重构光学分数阶傅里叶变换的成像方法与系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110021487.1A CN112835044B (zh) 2021-01-08 2021-01-08 一种基于可重构光学分数阶傅里叶变换的成像方法与系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112835044A CN112835044A (zh) 2021-05-25
CN112835044B true CN112835044B (zh) 2022-07-05

Family

ID=75928542

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110021487.1A Active CN112835044B (zh) 2021-01-08 2021-01-08 一种基于可重构光学分数阶傅里叶变换的成像方法与系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112835044B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113640785A (zh) * 2021-07-27 2021-11-12 清华大学 可实现大距离范围探测的宽带信号压缩感知装置及方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110806576A (zh) * 2019-11-27 2020-02-18 清华大学 微波光子大范围自动对焦雷达成像系统及方法
CN111371504A (zh) * 2020-02-28 2020-07-03 西北工业大学 一种同时抑制二阶和三阶非线性的模拟光链路装置及方法
CN111781588A (zh) * 2020-06-24 2020-10-16 清华大学 基于光子分数傅立叶变换器的雷达信号处理方法、系统

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010031163A1 (en) * 2008-09-17 2010-03-25 Institut National De La Recherche Scientifique Cross-chirped interferometry system and method for light detection and ranging
US8417076B2 (en) * 2009-06-22 2013-04-09 Oewaves, Inc. Tunable photonic microwave or radio frequency receivers based on electro-optic optical whispering gallery mode resonators
CN104570545B (zh) * 2015-01-22 2017-07-14 上海交通大学 全光可调谐宽带线性调频信号的产生装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110806576A (zh) * 2019-11-27 2020-02-18 清华大学 微波光子大范围自动对焦雷达成像系统及方法
CN111371504A (zh) * 2020-02-28 2020-07-03 西北工业大学 一种同时抑制二阶和三阶非线性的模拟光链路装置及方法
CN111781588A (zh) * 2020-06-24 2020-10-16 清华大学 基于光子分数傅立叶变换器的雷达信号处理方法、系统

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Ultra-high range resolution demonstration of a photonics-based microwave radar using a high-repetition-rate mode-locked fiber laser;Shaofu Xu 等;《CHINESE OPTICS LETTERS》;20180610;第16卷(第6期);全文 *
基于微波光子学的分布式相参孔径雷达;李尚远 等;《雷达学报》;20190430;第8卷(第2期);全文 *
高频宽带分布相参微波光子成像雷达研究;邢云路 等;《中国激光》;20210831;第48卷(第15期);全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN112835044A (zh) 2021-05-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111693988A (zh) 一种激光毫米波一体化测距测速雷达方法及装置
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
CN110221292B (zh) 一种微波光子多波段雷达成像系统及方法
CN108761437B (zh) 微波光子全极化雷达探测方法及微波光子全极化雷达
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
CN109613510B (zh) 用于小目标探测或实时跟踪成像的微波光子雷达实现方法及系统
Yao et al. Demonstration of ultra-high-resolution photonics-based Kaband inverse synthetic aperture radar imaging
WO2021259011A1 (zh) 基于光子分数傅立叶变换器的雷达信号处理方法、系统及装置
CN108802698A (zh) 基于微波光子倍频与正交解调的雷达探测方法、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
CN113253286A (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
CN111751827B (zh) 一种基于光注入调频的微波光子雷达探测方法及系统
CN114035174A (zh) 双通道双啁啾线性调频连续波激光雷达方法及装置
CN112835044B (zh) 一种基于可重构光学分数阶傅里叶变换的成像方法与系统
CN110806576B (zh) 微波光子大范围自动对焦雷达成像系统及方法
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
CN112578379A (zh) 光子辅助的脉冲体制微波雷达探测方法及装置
CN114355382A (zh) 一种微波光子mimo雷达收发系统
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
Guo et al. High-resolution and real-time inverse synthetic aperture imaging based on a broadband microwave photonic radar
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
CN112285732A (zh) 光子辅助多普勒雷达探测方法及装置
CN111404599A (zh) 一种采用低频参考信号的光子辅助微波多普勒频移测量装置及方法
US20230324504A1 (en) Integrated photonics millimeter wave (mmw) radar communication system based on analog phase modulation scheme
CN116338592A (zh) 一种基于光子混频技术的微波光子雷达系统及探测方法

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