CN113608227B - 光子辅助雷达混频与直达波自干扰对消一体化装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光子辅助雷达混频与直达波自干扰对消一体化装置及方法，装置包括：连续波光源连接到第一光耦合器，通过第一光耦合器将连续波光源输出的光载波OC分束成OC1和OC2；所述发射天线通过所述电衰减器、以及电延时线连接到双驱马赫曾德尔调制器，接收天线也连接到所述双驱马赫曾德尔调制器；所述第二路光载波OC2连接到马赫曾德尔调制器；通过所述马赫曾德尔调制器，将本振信号调制在OC2上；双驱马赫曾德尔调制器将雷达接收天线接收到的信号S与直达波信号I分别调制在光载波OC1上；所述第二光耦合器分别与双驱马赫曾德尔调制器和马赫曾德尔调制器相连，用于将被调制后的OC1和OC2合束成OC’，再连接到后端的光滤波器、掺铒光纤放大器、光电探测器。

Description

光子辅助雷达混频与直达波自干扰对消一体化装置及方法

技术领域

本发明涉及雷达探测及成像领域，具体涉及一种光子辅助雷达混频与直达波自干扰对消一体化方法。

背景技术

随着现代科技的飞速发展，未来的战场环境也会日益严峻复杂，这就要求雷达系统能在短时间内收集尽可能多的战场信息。而收发分置的双天线雷达系统相对于传统的单天线雷达系统而言，由于不存在接收窗口，可以长时间稳定连续工作，该类体制雷达具备可以接收到更多的战场信息的能力。而另一方面，与传统的脉冲式体制雷达相比，采用调频连续波体制的雷达则更具优势，比如体积小、重量轻、瞬时功率低、接收机及后处理所需的器件的要求低等。对此收发分置的调频连续波体制雷达已经成为现代雷达系统发展的主流之一。

但是对于收发分置的调频连续波体制雷达系统而言，也面临着许多问题和挑战，雷达直达波的干扰问题就是其中之一。由于收发分置的调频连续波体制雷达往往采取的连续工作模式，所以直达波信号的干扰问题是必然存在的。并且接收到的直达波信号的功率往往要远远高于目标反射的回波信号功率，而这一问题会导致在接收天线后端的低噪声放大器很容易被直达波信号放大到饱和状态，而此时，对我们所需要目标回波的信号的放大就难以实现。这一问题无疑大大限制了雷达系统尤其是雷达接收机性能的发挥，因此实现直达波的自干扰对消是雷达系统中非常重要的环节。

而对于日益复杂的战场环境而言，为了获取更多、更有效、更精细的战场信息，这就要求雷达系统要有更高的分辨能力。众所周知，雷达系统的分辨率与雷达信号的带宽是相关的，为了获取更高的雷达分辨率，更高频、更宽带的信号成为雷达系统追求的目标之一。而传统电子雷达系统由于电子瓶颈的限制，难以实现高性能的宽带信号直达波自干扰对消和宽带信号的混频操作。

而微波光子技术具有大带宽、大动态范围、抗电磁干扰能力强、幅相一致性好、结构灵活等诸多优势，因此利用微波光子技术实现宽带信号的直达波自干扰对消和宽带信号的混频成为如今的研究热点。而对于宽带信号的混频操作，高频的电混频器价格昂贵并且动态范围较小。而微波光子技术也具备大的无杂散动态范围的优势，因此可以利用微波光子技术来实现高频、宽带信号的大动态范围的混频操作。

综上，利用微波光子技术可以有效实现高频、宽带信号的混频和直达波自干扰对消的操作。而现阶段的基于微波光子技术的宽带信号混频和直达波自干扰对消系统仍存在元器件繁多、结构复杂等问题，小型化难度较高。

发明内容

为了能更高效地实现高频、宽带信号的混频和直达波自干扰对消，获得高信噪比的有效回波信号，本发明面向高灵敏度雷达接收机的需求，提出了一种光子辅助雷达混频与直达波自干扰对消一体化的装置和方法。本发明提出一种光子辅助雷达混频与直达波自干扰对消一体化的装置，包括：

发射天线，接收天线，一个连续波光源，两个光耦合器，一个双驱马赫曾德尔调制器，一个马赫曾德尔调制器、一个掺铒光纤放大器、一个光滤波器、一个光电探测器，一个电衰减器、一条电延时线；

所述连续波光源连接到第一光耦合器，通过第一光耦合器，将连续波光源输出的光载波OC分束成第一路光载波OC1和第二路光载波OC2；

所述发射天线前端通过所述电衰减器、以及电延时线连接到双驱马赫曾德尔调制器，所述接收天线也连接到所述双驱马赫曾德尔调制器；

所述的电衰减器用于调节发射分流的直达波信号的功率强度，以达到与接收天线接收到的直达波信号的功率一致；

电延时线，用于调节发射分流的直达波信号到达接收端的时延，以达到与接收天线接收到的直达波信号相同的时延；

所述第二路光载波OC2连接到马赫曾德尔调制器；通过所述马赫曾德尔调制器，将本振信号调制在第二路光载波OC2上；所述连续波光源，用于产生光载波OC；

所述双驱马赫曾德尔调制器，用于将雷达接收天线接收到的信号S与直达波信号I分别调制在第一路光载波OC1上；

所述第二光耦合器分别与双驱马赫曾德尔调制器和马赫曾德尔调制器相连，用于将被调制后的OC1和OC2合束成OC’；

所述第二光耦合器的输出连接到光滤波器，用于选取所需要的光边带；

所述光滤波器的输出连接到掺铒光纤放大器，用于对所需要的光边带进行放大；

所述掺铒光纤放大器的输出连接到光电探测器，用于将光信号转换成电信号；

本发明提出了一种光子辅助雷达混频与直达波自干扰对消一体化的方法，包含以下步骤：

步骤1、发射天线发射雷达波信号，接收天线接收雷达波反射信号；

步骤2、连续波光源输出光载波OC，经过第一光耦合器被分束成两路光载波，即第一、二路光载波OC1和OC2；

步骤3、第一路光载波OC1被送入双驱马赫曾德尔调制器中，其中上臂由天线接收到的反射信号直接调制，S信号包括目标反射的回波信号E以及直达波信号I，即S＝E+I，而下臂则是由与直达波进行幅相匹配后的发射信号进行调制，通过调节双驱马赫曾德尔调制器DDMZM的偏置点可使得两路信号中的直达波分量反相，从而实现雷达直达波信号的对消；

步骤4、第二路光载波OC2被送入马赫曾德尔调制器MZM，在该马赫曾德尔调制器处被本振信号所调制；

步骤5、被调制后的两路光信号即第一、二路光载波OC1和OC2在合束后利用光滤波器进行边带的筛选，保留回波信号调制的正一阶边带和本振信号调制的正一阶边带；

步骤6、随后将滤波后的信号进入光放大器中进行放大，最后在光电探测器进行光到电的转换，获得下变频后的中频信号，实现了混频操作。

有益效果：

(1)本发明可在一套链路中同时实现雷达混频和直达波对消两种功能，装置链路结构简单、易于操作，降低了硬件复杂程度，同时易于小型化和集成；

(2)利用微波光子技术的大带宽、大动态范围、抗电磁干扰等诸多优势，可同时实现宽带信号、大动态范围的混频和直达波对消操作，从而可大大提升雷达接收机捕捉有效信号的能力。

附图说明

图1为本发明光子辅助混频与直达波自干扰对消一体化装置的示意图；

图2为本发明光子辅助雷达混频与直达波自干扰对消一体化装置过程中各节点光谱示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅为本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合图1和图2，利用线性调频信号模型对本发明进一步详细说明。

本发明提出的基于光子辅助雷达混频与直达波自干扰对消一体化装置，如图1所示，包含1个连续波光源，2个光耦合器，1个双驱马赫曾德尔调制器，1个马赫曾德尔调制器、1个掺铒光纤放大器、1个光滤波器、1个光电探测器，1个电衰减器、1条电延时线。

连续波光源输出光载波OC，经过节点a处的第一光耦合器1分束成两路，即第一路光载波OC1和第二路光载波OC2，光谱如图2中a所示；第一路光载波OC1经过上支路的双驱马赫曾德尔调制器DDMZM，该调制器工作在最小偏置点，即两臂之间的相位差为π，上臂由天线接收到的信号S直接调制(S信号包括目标反射的回波信号E以及直达波信号I，即S＝E+I)。被调制后信号在节点b处的光谱如图2中b所示。

而下臂是由发射端直接耦合引出的发射信号I’经过衰减器和延时线后进行调制。所述的电衰减器用于调节发射分流的直达波信号功率强度，以达到与接收天线接收到的直达波信号的功率一致目的；电延时线，用于调节发射分流的直达波信号到达接收端的时延，以达到与接收天线接收到的直达波信号相同的时延目的。由发射端直接耦合引出的发射信号I’经过幅度和相位调节，同时通过控制双驱马赫曾德尔调制器DDMZM的偏置点可使得两路信号中的直达波分量反相，从而实现雷达直达波信号的对消。双驱马赫曾德尔调制器DDMZM上下两支路被调制后，在节点b、c处的光谱分别如图2中的b、c所示，DDMZM的两支路信号合束后，在节点d的光谱如图2中的d所示，其中图2中的左斜线框表示目标反射的回波信号，右斜线框表示直达波信号；被调制后的两路光信号，即图2中b、c，中的直达波信号分量正好等幅反向，在DDMZM的输出端口处两路光信号相干叠加，只保留所需的目标反射的回波信号分量，实现了雷达直达波信号的对消。对于调频连续波雷达信号，回波信号瞬时频率与直达波信号不同，因此回波信号在对消后仍然存在。

第二路光载波OC2被送入另一个工作在最小偏置点的马赫曾德尔调制器MZM，被本振信号调制，调制后节点e处的信号光谱如图2中e所示；被调制后的第一、二路光载波OC1和OC2在第二光耦合器2处合束后利用光滤波器进行边带的筛选，在节点f处保留了回波信号的正一阶调制边带和本振信号的正一阶调制边带，如图2中f中虚线框所示；随后将滤波后的信号进入光放大器中进行放大，最后在光电探测器进行拍频，完成光到电的转换，获得下变频后的中频信号，从而实现了混频操作。综上，本发明可在一套链路中同时实现雷达混频和直达波对消两种功能，装置链路结构简单、易于操作，降低了硬件复杂程度，同时易于小型化和集成；

本发明利用微波光子技术的大带宽、大动态范围、抗电磁干扰等诸多优势，可同时实现宽带信号、大动态范围的混频和直达波对消操作，从而可大大提升雷达接收机捕捉有效信号的能力。

尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，且应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (5)

1.一种光子辅助雷达混频与直达波自干扰对消一体化装置，其特征在于，包括：

发射天线，接收天线，连续波光源，第一光耦合器、第二光耦合器，双驱马赫曾德尔调制器，马赫曾德尔调制器、掺铒光纤放大器、光滤波器、光电探测器，电衰减器、电延时线；

所述连续波光源连接到第一光耦合器，通过第一光耦合器，将连续波光源输出的光载波OC分束成第一路光载波OC1和第二路光载波OC2；

所述发射天线前端通过所述电衰减器、以及电延时线连接到双驱马赫曾德尔调制器，所述接收天线也连接到所述双驱马赫曾德尔调制器；

所述第二路光载波OC2连接到马赫曾德尔调制器；通过所述马赫曾德尔调制器，将本振信号调制在第二路光载波OC2上；所述连续波光源，用于产生光载波OC；

所述双驱马赫曾德尔调制器，用于将雷达接收天线接收到的信号S与直达波信号I分别调制在第一路光载波OC1上；所述第二光耦合器分别与双驱马赫曾德尔调制器和马赫曾德尔调制器相连，用于将被调制后的第一路光载波OC1和第二路光载波OC2合束成OC’，再连接到后端的光滤波器、掺铒光纤放大器、光电探测器；

所述的电衰减器用于调节发射分流的直达波信号的功率强度，以达到与接收天线接收到的直达波信号的功率一致；电延时线，用于调节发射分流的直达波信号到达接收端的时延，以达到与接收天线接收到的直达波信号相同的时延；

通过调节双驱马赫曾德尔调制器DDMZM的偏置点使得两路信号中的直达波分量反相，从而实现雷达直达波信号的对消。

2.根据权利要求1所述的一种光子辅助雷达混频与直达波自干扰对消一体化装置，其特征在于，包括：

所述第二光耦合器的输出连接到光滤波器，用于选取所需要的光边带。

3.根据权利要求1所述的一种光子辅助雷达混频与直达波自干扰对消一体化装置，其特征在于，包括：

所述光滤波器的输出连接到掺铒光纤放大器，用于对所需要的光边带进行放大。

4.根据权利要求1所述的一种光子辅助雷达混频与直达波自干扰对消一体化装置，其特征在于，包括：

所述掺铒光纤放大器的输出连接到光电探测器，用于将光信号转换成电信号。

5.一种利用权利要求1-4之一的装置实现的光子辅助雷达混频与直达波自干扰对消方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、发射天线发射雷达波信号，接收天线接收雷达波反射信号；

步骤2、连续波光源输出光载波OC，经过第一光耦合器被分束成两路光载波，即第一路光载波OC1和第二路光载波OC2；

步骤3、第一路光载波OC1被送入双驱马赫曾德尔调制器中，其中上臂由天线接收到的反射信号直接调制，S信号包括目标反射的回波信号E以及直达波信号I，即S=E+I，而下臂则是由与直达波进行幅相匹配后的发射信号进行调制，通过调节双驱马赫曾德尔调制器DDMZM的偏置点可使得两路信号中的直达波分量反相，从而实现雷达直达波信号的对消；

步骤4、第二路光载波OC2被送入马赫曾德尔调制器MZM，在该马赫曾德尔调制器处被本振信号所调制；

步骤5、被调制后的两路光信号，即第一、二路光载波OC1和OC2在合束后利用光滤波器进行边带的筛选，保留回波信号调制的正一阶边带和本振信号调制的正一阶边带；

步骤6、随后将滤波后的信号进入光放大器中进行放大，最后在光电探测器进行光到电的转换，获得下变频后的中频信号，实现了混频操作。

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