CN114047495A - 基于光电振荡技术的分布式雷达系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及基于光电振荡技术的分布式雷达系统，包括，激光器、电光调制器、光滤波器、1×N光耦合器、光环形网络、M×1光耦合器、光电探测器、射频滤波器、射频放大器、雷达模块。本发明通过将电光调制器、光滤波器、1×N光耦合器、光环形网络、M×1光耦合器、光电探测器、射频滤波器、射频放大器连接形成光电振荡环路，将激光器输出的光载波输入至光电振荡环路内，起振后，光环形网络中的耦合器将振荡的光信号耦合进与环路连接的雷达模块作为发射信号源或参考信号源，雷达模块通过对发射信号源或参考信号源进行光电转换产生电基准信号或电扫频信号，从而完成目标探测，减少了射频信号传输的损耗，实现了远距离射频信号的高效传输。

Description

基于光电振荡技术的分布式雷达系统

技术领域

本发明涉及微波光子雷达技术领域，尤其涉及一种基于光电振荡技术的分布式雷达系统。

背景技术

在我国首都和沿海地区频发的不明空情已对我国空域安全造成极大挑战，而无人飞行技术的快速发展使得未来空中飞行器尺寸更小、形态多样以及飞行范围扩大，使得其行动方式和意图难以预测，进一步加剧了上述空域安全风险和处置难度，空域安全防护迫切需要现有雷达探测系统能力进一步提升或变革，能够较早高分辨发现定位目标并能进行成像识别高精度火力引导是采取适当防御措施的关键，这向雷达装备提出更远探测距离、更高分辨力、探测与识别一体等能力要求。

分布式宽带雷达能为上述能力的实现提供支撑：利用宽带可实现小目标高精度定位信息的获取和成像识别，利用分布式弥补宽带条件下雷达探测距离受限不足和提升整个系统抗摧毁的能力，作为现有雷达装备支撑性技术的电子技术，在面对上述能力需求时存在不足，产生或处理信号时存在“带宽瓶颈”，难以支撑高分辨能力，射频信号传输损耗大，难以实现数十公里射频信号的高效传输，光电振荡器是一种可产生低相噪射频基准信号和波形的技术，能够利用长光纤的优异储能优势实现射频信号的高质量振荡，所用光纤长度越长，产生信号相噪越低；然而，目前还未见光电振荡器与分布式雷达相结合的研究成果。

发明内容

为此，本发明提供一种基于光电振荡技术的分布式雷达系统，用以克服现有技术中射频信号传输损耗大的问题。

为实现上述目的，本发明提供一种基于光电振荡技术的分布式雷达系统，包括，

激光器、电光调制器、光滤波器、1×N光耦合器、光环形网络、M×1光耦合器、光电探测器、射频滤波器、射频放大器、雷达模块；

所述激光器与所述电光调制器相连，电光调制器与所述光滤波器相连，光滤波器与所述1×N光耦合器相连，1×N光耦合器与所述光环形网络相连，光环形网络与所述M×1光耦合器相连，M×1光耦合器与所述光电探测器相连，光电探测器与所述射频滤波器相连，射频滤波器与所述射频放大器相连，射频放大器输出接入电光调制器构成闭环，形成光电振荡环路；

所述光环形网络由光纤、光开关、光放大器、光耦合器构成，所述光纤、所述光开关、所述光放大器构成空间上分布的多通道光并行网络，光开关和光放大器构成光环形网络的节点，光开关通过切换不同传输光纤完成通道的选择，光放大器对对应节点处光信号放大，所述雷达模块通过所述光耦合器接入光环形网络中；

所述激光器在驱动信号的控制下产生单频光载波或扫频光载波，所述光载波进入所述电光调制器，光载波经所述射频放大器输出的电信号调制后进入所述1×N光耦合器，光载波经1×N光耦合器进入所述光环形网络，光环形网络配置光信号通道输出光信号，光信号进入所述M×1光耦合器，M×1光耦合器将光信号输送至所述光电探测器，光电探测器将光信号转化成电信号输送至所述射频滤波器，射频滤波器对电信号进行滤波后输送至射频放大器，射频放大器对滤波后的电信号进行放大并输送至电光调制器完成光电振荡环路的闭环，通过调节激光器输出光功率、光放大器和电放大器使基准信号或扫频信号在光电振荡环路中振荡，起振后，光环形网络中的耦合器将其中振荡的光信号耦合进与环路连接的所述雷达模块作为发射信号源或参考信号源，雷达模块通过对发射信号源或参考信号源进行光电转换产生电基准信号或电扫频信号，从而完成目标探测。

进一步地，所述激光器、所述电光调制器、所述光滤波器、所述1×N光耦合器、所述光环形网络、所述M×1光耦合器、所述光电探测器、所述射频滤波器、所述射频放大器的数量取决于所述光电振荡环路的架构。

进一步地，所述光滤波器的接入位置根据实际情况确定，其具体位置能够是所述1×N光耦合器与所述激光器前、所述M×1光耦合器后或是所述光环形网络中。

进一步地，所述激光器是半导体激光器、光纤激光器、集成激光器中的一种。

进一步地，所述电光调制器是强度调制器与相位调制器级联或并联组合，光电调制器的数量大于等于所述光电振荡环路的数目。

进一步地，所述光滤波器是基于光纤光栅、可编程光滤波器实现的光滤波器。

进一步地，所述1×N光耦合器与所述M×1光耦合器中的N与M表示通道数量，其中，N≥1、M≥1；所述光环形网络中节点间的光纤数大于等于1。

进一步地，所述光电探测器是常规探测器或平衡探测器中的一种。

进一步地，所述雷达模块是基于光环形网络提供的光信号实现目标探测的设备。

进一步地，所述光电振荡环路的振荡腔既作为自身信号振荡的储能介质，又作为多站分布式雷达发射信号的来源，通过同一振荡腔内信号的内在相参性使多站间信号关联；所述光电振荡环路的振荡腔或分布信号通道能够根据实际情况重构。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于，构建分布式雷达所需长距离光纤分布信号和光电振荡环路需要长振荡腔实现低相噪基准信号产生有机结合，提出基于光电振荡环路的分布式雷达系统，一方面可以实现光电振荡环路振荡腔和分布式雷达信号分布用链路的共用，一方面光电振荡环路振荡后可直接向分布式雷达模块提供基准或发射波形信号，减少了射频信号传输的损耗，实现了远距离射频信号的高效传输。

进一步地，通过光环形网络构建光电振荡环路的振荡腔，通过光开关的切换可实现振荡腔的切换，显著提升分布式雷达系统的抗损坏能力和可靠性。

附图说明

图1为本发明所述基于光电振荡技术的分布式雷达系统的总体结构原理图；

图2为本发明所述基于光电振荡技术的分布式雷达系统一个具体实施例的总体结构原理图；

图3为本发明所述基于光电振荡技术的分布式雷达系统中光开关放大节点实现示意图；

图4为本发明所述基于光电振荡技术的分布式雷达系统的光电振荡环路产生信号为基准信号时分布式雷达站的实现示意图；

图5为本发明所述基于光电振荡技术的分布式雷达系统的光电振荡环路产生信号为扫频信号时分布式雷达站的实现示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的和优点更加清楚明白，下面结合实施例对本发明作进一步描述；应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非在限制本发明的保护范围。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参阅图1所示，其为本发明所述基于光电振荡技术的分布式雷达系统的总体结构原理图，本发明公布一种基于光电振荡技术的分布式雷达系统，包括，

激光器、电光调制器、光滤波器、1×N光耦合器、光环形网络、M×1光耦合器、光电探测器、射频滤波器、射频放大器、雷达模块；

所述激光器与所述电光调制器相连，电光调制器与所述光滤波器相连，光滤波器与所述1×N光耦合器相连，1×N光耦合器与所述光环形网络相连，光环形网络与所述M×1光耦合器相连，M×1光耦合器与所述光电探测器相连，光电探测器与所述射频滤波器相连，射频滤波器与所述射频放大器相连，射频放大器输出接入电光调制器构成闭环，形成光电振荡环路；

所述光环形网络由光纤、光开关、光放大器、光耦合器构成，所述光纤、所述光开关、所述光放大器构成空间上分布的多通道光并行网络，光开关和光放大器构成光环形网络的节点，光开关通过切换不同传输光纤完成通道的选择，光放大器对对应节点处光信号放大，所述雷达模块通过所述光耦合器接入光环形网络中；

所述激光器在驱动信号的控制下产生单频光载波或扫频光载波，所述光载波进入所述电光调制器，光载波经所述射频放大器输出的电信号调制后进入所述1×N光耦合器，光载波经1×N光耦合器进入所述光环形网络，光环形网络配置光信号通道输出光信号，光信号进入所述M×1光耦合器，M×1光耦合器将光信号输送至所述光电探测器，光电探测器将光信号转化成电信号输送至所述射频滤波器，射频滤波器对电信号进行滤波后输送至射频放大器，射频放大器对滤波后的电信号进行放大并输送至电光调制器完成光电振荡环路的闭环，通过调节激光器输出光功率、光放大器和电放大器使基准信号或扫频信号在光电振荡环路中振荡，起振后，光环形网络中的耦合器将其中振荡的光信号耦合进与环路连接的所述雷达模块作为发射信号源或参考信号源，雷达模块通过对发射信号源或参考信号源进行光电转换产生电基准信号或电扫频信号，从而完成目标探测。

通过构建分布式雷达所需长距离光纤分布信号和光电振荡环路需要长振荡腔实现低相噪基准信号产生有机结合，提出基于光电振荡环路的分布式雷达系统，一方面可以实现光电振荡环路振荡腔和分布式雷达信号分布用链路的共用，一方面光电振荡环路振荡后可直接向分布式雷达模块提供基准或发射波形信号，减少了射频信号传输的损耗，实现了远距离射频信号的高效传输。

通过光环形网络构建光电振荡环路的振荡腔，通过光开关的切换可实现振荡腔的切换，显著提升分布式雷达系统的抗损坏能力和可靠性。

具体而言，所述激光器、所述电光调制器、所述光滤波器、所述1×N光耦合器、所述光环形网络、所述M×1光耦合器、所述光电探测器、所述射频滤波器、所述射频放大器的数量取决于所述光电振荡环路的架构。

具体而言，所述光滤波器的接入位置根据实际情况确定，其具体位置能够是所述1×N光耦合器与所述激光器前、所述M×1光耦合器后或是所述光环形网络中。

具体而言，所述激光器是半导体激光器、光纤激光器、集成激光器中的一种。

具体而言，所述电光调制器是强度调制器与相位调制器级联或并联组合，光电调制器的数量大于等于所述光电振荡环路的数目。

具体而言，所述光滤波器是基于光纤光栅、可编程光滤波器实现的光滤波器。

具体而言，所述1×N光耦合器与所述M×1光耦合器中的N与M表示通道数量，其中，N≥1、M≥1；所述光环形网络中节点间的光纤数大于等于1。

具体而言，所述光电探测器是常规探测器或平衡探测器中的一种。

具体而言，所述雷达模块是基于光环形网络提供的光信号实现目标探测的设备。

具体而言，所述光电振荡环路的振荡腔既作为自身信号振荡的储能介质，又作为多站分布式雷达发射信号的来源，通过同一振荡腔内信号的内在相参性使多站间信号关联；所述光电振荡环路的振荡腔或分布信号通道能够根据实际情况重构。

其中一种具体实施例为，

请继续参阅图2所示，其为本发明所述基于光电振荡技术的分布式雷达系统一个具体实施例的总体结构原理图，包括，

激光器、驱动信号源、相位调制器、光环形网络、光滤波器、光电探测器、射频放大器、射频滤波器、分布式雷达站；

所述激光器的输入端与所述的驱动信号源输出连接，所述激光器的输出端与所述相位调制器的光输入端连接，所述相位调制器的光输出端与所述光环形网络的输入端连接，所述光环形网络的输出端与所述光滤波器输入端连接，所述光滤波器的输出端与所述光电探测器的输入端连接，所述光电探测器的输出端与所述射频放大器的输入端连接，所述射频放大器的输出端与所述射频滤波器的输入端连接，所述射频滤波器的输出端与所述相位调制器的射频输入端连接，所述射频滤波器和所述射频放大器位置可以互换；

所述光环形网络构成包括1×2光耦合器1，若干个光开光放大器节点，2×1光耦合器3，光耦合器2，根据所述分布式雷达站需要所接入的所述光耦合器2，光耦合器2连接在光纤和光纤之间；

所述1×2光耦合器1的输入端与所述相位调制器的输出端连接，所述1×2光耦合器1的输出端与光开关放大节点输入端连接，所述光开关放大节点的输出端与下一光开关放大节点的输入端连接，依次类推直至最后一节点通过光纤与2×1光耦合器3输入连接，所述2×1光耦合器3的输出与所述光滤波器的输入连接，所述光耦合器2根据需要加在所述节点间光纤光路中。

请继续参阅图3所示，其为本发明所述基于光电振荡技术的分布式雷达系统中光开关放大节点实现示意图，包括，

光纤连接线、光开关、光放大器，所述光纤连接线为节点间每通道的信号传输通道，在节点处，所述光纤连接线与所述光开关连接，所述光开关与所述光放大器输入连接，所述光放大器输出与另一节点的光纤连接线连接。

请继续参阅图4所示，其为本发明所述基于光电振荡技术的分布式雷达系统的光电振荡环路产生信号为基准信号时分布式雷达站的实现示意图，图4给出了基于光电振荡环路产生的基准信号的雷达站实现方式，所述雷达站构成包括光电探测器2和电子雷达系统，所述光电探测器2输入端通过所述光耦合器2与所述光环形网络连接，所述光电探测器2输出端与电子雷达系统基准信号输入连接。

请继续参阅图5所示，其为本发明所述基于光电振荡技术的分布式雷达系统的光电振荡环路产生信号为扫频信号时分布式雷达站的实现示意图，

图5给出了基于光电振荡环路产生的扫频或其他雷达发射信号的雷达站实现方式，所述雷达站构成包括光耦合器4、光电探测器3、功率放大器、天线前端、低噪声放大器、强度调制器、光电探测器4、中频放大器、模数转换器、信号处理上位机，所述光耦合器4输入与所述光环形网络中的光耦合器2输出端连接，所述光耦合器4的输出端分成两路，一路与所述光电探测器3的输入端连接，所述光电探测器3的输出端与所述功率放大器的输入端连接，所述功率放大器的输出端与所述天线前端连接，所述天线前端将接收的回波送进所述低噪声放大器输入端，所述低噪声放大器输出端与所述强度调制器的射频输入口连接，所述强度调制器的光输入信号为光耦合器4的另一路输出，所述强度调制器的光输出与所述光电探测器4的输入连接，所述光电探测器4的输出与所述中频放大器的输入连接，所述中频放大器的输出与所述模数转换器输入连接，所述模数转换器的输出与所述信号处理上位机输入连接。

具体而言，所述激光器在所述驱动信号源驱动信号作用下产生特定频率的光载波，光载波进入所述电光调制器，经所述射频滤波器输出的电信号调制后进入所述光环形网络，光环形网络中所述各光开关放大节点通过开关选择构建所需光信号传输通路，上述通路将调制后的光信号送至所述光滤波器，后者对其完成光域滤波，滤波后的信号送至光电探测器完成光信号至电信号的转换，上述电信号依次经射频放大器放大和射频滤波器滤波后进入所述电光调制器完成光电振荡闭环。

当激光器输出光载波中心频率固定时，环路中振荡的是基准信号，与环路连接的所述分布式雷达站采用图4所示的结构，所述光电探测器2将光环形网络中振荡的所述光耦合器耦合出的光信号转化成电基准信号送给所述电雷达系统，作为整个电雷达系统的基准,当激光器输出光载波中心频率为扫频时，环路中振荡的是扫频信号，与环路连接的所述分布式雷达站采用图5所示的结构，所述光耦合器4将所述光环形网络中耦合过来的光扫频信号分成两路，一路送至光电探测器3转换成电发射信号，经功率放大后送至所述天线前端发射出去，一路送至所述强度调制器作为光本振信号，天线前端接收到的目标回波经所述低噪声放大器放大后送进所述强度调制器的射频输入口对光本振信号进行调制，所述强度调制器将调制后的信号送入所述光电探测器4完成对回波信号的混频处理，所述光电探测器4将转化后的电信号送进所述中频放大器放大，所述模数转换器完成对电信号的采样和数字化，最终送至信号处理上位机完成目标信息的提取。

通过构建分布式雷达所需长距离光纤分布信号和光电振荡环路需要长振荡腔实现低相噪基准信号产生有机结合，提出基于光电振荡环路的分布式雷达系统，一方面可以实现光电振荡环路振荡腔和分布式雷达信号分布用链路的共用，一方面光电振荡环路振荡后可直接向分布式雷达模块提供基准或发射波形信号，减少了射频信号传输的损耗，实现了远距离射频信号的高效传输。

进一步地，通过光环形网络构建光电振荡环路的振荡腔，通过光开关的切换可实现振荡腔的切换，显著提升分布式雷达系统的抗损坏能力和可靠性。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明；对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于光电振荡技术的分布式雷达系统，其特征在于，包括，激光器、电光调制器、光滤波器、1×N光耦合器、光环形网络、M×1光耦合器、光电探测器、射频滤波器、射频放大器、雷达模块；

所述激光器与所述电光调制器相连，电光调制器与所述光滤波器相连，光滤波器与所述1×N光耦合器相连，1×N光耦合器与所述光环形网络相连，光环形网络与所述M×1光耦合器相连，M×1光耦合器与所述光电探测器相连，光电探测器与所述射频滤波器相连，射频滤波器与所述射频放大器相连，射频放大器输出接入电光调制器构成闭环，形成光电振荡环路；

所述光环形网络由光纤、光开关、光放大器、光耦合器构成，所述光纤、所述光开关、所述光放大器构成空间上分布的多通道光并行网络，光开关和光放大器构成光环形网络的节点，光开关通过切换不同传输光纤完成通道的选择，光放大器对对应节点处光信号放大，所述雷达模块通过所述光耦合器接入光环形网络中；

所述激光器在驱动信号的控制下产生单频光载波或扫频光载波，所述光载波进入所述电光调制器，光载波经所述射频放大器输出的电信号调制后进入所述1×N光耦合器，光载波经1×N光耦合器进入所述光环形网络，光环形网络配置光信号通道输出光信号，光信号进入所述M×1光耦合器，M×1光耦合器将光信号输送至所述光电探测器，光电探测器将光信号转化成电信号输送至所述射频滤波器，射频滤波器对电信号进行滤波后输送至射频放大器，射频放大器对滤波后的电信号进行放大并输送至电光调制器完成光电振荡环路的闭环，通过调节激光器输出光功率、光放大器和电放大器使基准信号或扫频信号在光电振荡环路中振荡，起振后，光环形网络中的耦合器将其中振荡的光信号耦合进与环路连接的所述雷达模块作为发射信号源或参考信号源，雷达模块通过对发射信号源或参考信号源进行光电转换产生电基准信号或电扫频信号，从而完成目标探测。

2.根据权利要求1所述的基于光电振荡技术的分布式雷达系统，其特征在于，所述激光器、所述电光调制器、所述光滤波器、所述1×N光耦合器、所述光环形网络、所述M×1光耦合器、所述光电探测器、所述射频滤波器、所述射频放大器的数量取决于所述光电振荡环路的架构。

3.根据权利要求1所述的基于光电振荡技术的分布式雷达系统，其特征在于，所述光滤波器的接入位置根据实际情况确定，其具体位置能够是所述1×N光耦合器与所述激光器前、所述M×1光耦合器后或是所述光环形网络中。

4.根据权利要求1所述的基于光电振荡技术的分布式雷达系统，其特征在于，所述激光器是半导体激光器、光纤激光器、集成激光器中的一种。

5.根据权利要求1所述的基于光电振荡技术的分布式雷达系统，其特征在于，所述电光调制器是强度调制器与相位调制器级联或并联组合，光电调制器的数量大于等于所述光电振荡环路的数目。

6.根据权利要求1所述的基于光电振荡技术的分布式雷达系统，其特征在于，所述光滤波器是基于光纤光栅、可编程光滤波器实现的光滤波器。

7.根据权利要求1所述的基于光电振荡技术的分布式雷达系统，其特征在于，所述1×N光耦合器与所述M×1光耦合器中的N与M表示通道数量，其中，N≥1、M≥1；所述光环形网络中节点间的光纤数大于等于1。

8.根据权利要求1所述的基于光电振荡技术的分布式雷达系统，其特征在于，所述光电探测器是常规探测器或平衡探测器中的一种。

9.根据权利要求1所述的基于光电振荡技术的分布式雷达系统，其特征在于，所述雷达模块是基于光环形网络提供的光信号实现目标探测的设备。

10.根据权利要求1所述的基于光电振荡技术的分布式雷达系统，其特征在于，所述光电振荡环路的振荡腔既作为自身信号振荡的储能介质，又作为多站分布式雷达发射信号的来源，通过同一振荡腔内信号的内在相参性使多站间信号关联，所述光电振荡环路的振荡腔或分布信号通道能够根据实际情况重构。

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