CN114280551B - 一种基于微波光子的超宽带lfm信号幅度均衡方法 - Google Patents

Abstract

受限于电子器件的频率响应和带宽限制，传统电子波形产生技术已经难以满足现代雷达对超宽带高性能LFM信号的需求。受益于光纤链路的大带宽、低损耗特性，以及光电电光器件的低噪声、超宽带特性，基于微波光子的超宽带波形产生技术在现代雷达中的应用日益增长。但是，基于微波光子的超宽带波形产生技术无法完全避免使用电子器件，以及电光和光电器件在超宽带条件下仍然具有一定的带内起伏，使得直接产生的超宽带LFM信号幅度在带内不同频率处存在一定波动，因此必须引入相应的波形预失真或均衡方法。本发明提出一种基于微波光子的超宽带LFM信号幅度均衡方法，该方法基于电光调制器的幅度调制特性，仅需在原有波形产生链路的基础上，增加一个低速DAC和光功率控制器，即可实现超宽带LFM信号的幅度均衡，从而提升了超宽带LFM信号的带内平坦度，有效地提高雷达波形的性能。

Description

一种基于微波光子的超宽带LFM信号幅度均衡方法

技术领域

本发明属于雷达信号处理领域，具体涉及一种基于微波光子的超宽带LFM信号幅度均衡方法。

背景技术

线性调频（LFM）信号是当前雷达领域广泛使用的信号，随着雷达系统的不断发展，其对LFM信号的瞬时带宽需求日益增长。受限于电子器件的频率响应和带宽限制，传统电子波形产生技术已经难以满足现代雷达对超宽带高性能LFM信号的需求。受益于光纤链路的大带宽、低损耗特性，以及光电电光器件的低噪声、超宽带特性，基于微波光子的超宽带波形产生技术在现代雷达中的应用日益增长。但是，基于微波光子的超宽带波形产生技术无法完全避免使用电子器件，以及电光和光电器件在超宽带条件下仍然具有一定的带内起伏，使得直接产生的超宽带LFM信号幅度在带内不同频率处存在一定波动，因此必须引入相应的波形预失真或均衡方法。

发明内容

为克服现有技术中的缺陷，针对当前基于微波光子的超宽带波形产生链路幅频响应存在带内起伏的问题，本发明提出一种基于微波光子的超宽带LFM信号幅度均衡方法，该方法基于电光调制器的幅度调制特性，仅需在原有波形产生链路的基础上，增加一个低速DAC和光功率控制器，即可实现超宽带LFM信号的幅度均衡，从而提升了超宽带LFM信号的带内平坦度，有效地提高雷达波形的性能。具体包括以下步骤：采用基于MZM（马赫曾德尔调制器）的光功率参数控制器产生超宽带LFM信号，

步骤（10）测量并记录超宽带LFM信号频谱

将基于微波光子的超宽带LFM信号产生输出接到频谱仪，调整频谱仪测量的中心频率、测量总带宽、分辨率带宽、参考功率参数，记录测量数据，将测量数据保存为一个二维向量；

步骤（20）计算实施幅度均衡的频率值

根据超宽带LFM信号的波形时宽、带宽和均衡数模转换器的采样率，计算实施幅度均衡的频率点值，计算完成后，将频率点值记为一个一维向量；

步骤（21）频谱重采样

根据步骤（10）中记录的频谱测量结果和步骤（20）中计算的频率点值向量，采用线性插值方法，对频率序列中各频率值处的频谱强度进行重采样，得到新的频谱二维向量；

步骤（22）计算微波光子参数控制器的控制波形序列

根据步骤（21）获得的频谱二维向量和参数控制器的响应函数，计算参数控制器控制端的控制波形序列；

步骤（30）生成微波光子参数控制信号

根据步骤（22）中获得的控制波形序列，通过数模转换将控制波形序列转化为控制信号，经低通滤波后供输出使用；

步骤（31）施加微波光子参数控制信号

将步骤（30）生成的控制信号施加到参数控制器的控制端，实现对光功率的控制，从而实现对射频功率的均衡。

步骤（40）再次测量并记录超宽带LFM信号频谱

按照步骤（10）-（31）步骤操作后，对输出的超宽带LFM信号重新实施测量，得到新的频谱测量结果：

步骤（41）幅度均衡评估

计算频谱序列的最大值与最小值之差，若差值小于未进行均衡的超宽带LFM信号频谱强度的最大值和最小值之差，则认为信号幅度得到了均衡。

本发明的有益效果在于：

本发明与现有技术相比，能有效提高基于微波光子技术产生的超宽带LFM信号的带内平坦度，大幅降低对高速DAC波形预示真的需求，避免了波形预示真带来的信噪比损失，从而提升雷达波形产生链路的性能。在应用于超宽带LFM波形产生时，只需要增加一路低速DAC和相应的链路参数控制器，技术成本低，均衡方法简单直接，可普遍适用各波段的超宽带LFM波形产生。

附图说明

图1为超宽带LFM信号幅度均衡方法原理框图。

图2为超宽带LFM信号幅度均衡流程图。

图3为超宽带LFM信号幅度均衡示意图。

具体实施方式下面结合附图对本发明做进一步描述。

如图1所示，本发明基于微波光子的LFM信号幅度均衡方法，包括如下步骤：

超宽带LFM信号产生：按照图1连接基于微波光子的超宽带波形产生链路，上电初始化数模转换器DAC1的输出，使微波光子参数控制器处于默认状态——本发明采用基于MZM的光功率参数控制器，默认状态下光衰减量最小，通过光功率最大。

（10）测量并记录超宽带LFM信号频谱：将基于微波光子的超宽带LFM信号产生输出接到频谱仪，调整频谱仪测量的中心频率、测量总带宽、分辨率带宽、参考功率等参数至合适值，测量数据保存为一个二维向量，记为：

，

其中n为扫描点数， f _i 表示第i个扫描频率值，单位为Hz；P _i 扫描频率值f _i 处一定带宽内信号的功率值，i=1......n。

（20）计算实施幅度均衡的频率值：根据超宽带LFM信号的波形时宽，带宽B和均衡数模转换器DAC1的采样率f _s ，计算实施幅度均衡的频率点值，计算公式如下：

。

其中m为数摸转换器DAC1在LFM单个时宽内的采样点数，F _i 表示LFM单个时宽内的第i个采样时刻对应的信号频率值。计算完成后，频率值为一个一维向量，记为：

。

（21）频谱重采样：根据步骤（10）中记录的频谱测量结果S _p 和步骤（20）中计算的频率向量F，采用线性插值方法，对频率序列F中各频率值处的频谱强度进行重采样，得到新的频谱二维向量：

，

其中，频谱强度的单位为dBm。

（22）计算微波光子参数控制器的控制波形序列：根据步骤（21）获得的频谱二维向量和控制器的响应函数，计算微波光子参数控制器控制端的控制波形。以基于MZM的可变光功率衰减器为例，设光功率衰减量（dB）与控制电压成正比(线性点)，即：

其中L(V)为可变光功率衰减器的衰减量，单位为dB；K为比例系数，单位为dB/V；V为参数控制器控制端电压，单位为伏特。可变光功率衰减器的衰减量与射频功率无关。因而可以计算出参数控制器的控制波形序列：

其中，为参数控制器默认状态下（即光衰减值最小情形）的控制值，和/>表示超宽带LFM信号频谱强度的最大值和最小值。光功率衰减量（dB）与射频功率衰减量(dB)存在2倍的对应关系，计算时需要考虑。

（30）生成微波光子参数控制信号：根据步骤（22）中获得的V _seq序列，采用图1中的微控制器和数模转换器DAC1，将V _seq转化为采样间隔为1/f _s 的控制信号，经低通滤波后供输出使用，记为S _ctl 。

（31）施加微波光子参数控制信号：将步骤（30）生成的控制信号S _ctl 施加到微波光子参数控制器的控制端，实现对光功率的控制，从而实现对射频功率的均衡。

（40）再次测量并记录超宽带LFM信号频谱：按照（10）-（31）步骤操作后，对输出的超宽带LFM信号重新实施测量，得到新的频谱测量结果：

。

（41）幅度均衡评估：计算序列[]的最大值与最小值之差/>，即：

，

如果满足以下条件

，

则认为超宽带LFM信号的幅频特性得到了有效均衡。

本发明通过微波光子参数控制器对基于微波光子的超宽带LFM信号产生链路中的光功率实施控制，最终达到射频功率均衡的目的，方案结构简单，频率适应性宽，能有效提升雷达超宽带LFM波形的幅频特性。

本发明不局限于上述具体的实施方式，本发明可以有各种更改和变化。凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种基于微波光子的超宽带LFM信号幅度均衡方法，采用基于MZM的光功率参数控制器产生超宽带LFM信号，其特征在于：具体包括以下步骤：

步骤（10）测量并记录超宽带LFM信号频谱

将基于微波光子的超宽带LFM信号产生输出接到频谱仪，调整频谱仪测量的中心频率、测量总带宽、分辨率带宽、参考功率参数，记录测量数据，将测量数据保存为一个二维向量；

步骤（20）计算实施幅度均衡的频率值

根据超宽带LFM信号的波形时宽、带宽和均衡数模转换器的采样率，计算实施幅度均衡的频率点值，计算完成后，将频率点值记为一个一维向量；

步骤（21）频谱重采样

根据步骤（10）中记录的频谱测量结果和步骤（20）中计算的频率点值向量，采用线性插值方法，对频率序列中各频率值处的频谱强度进行重采样，得到新的频谱二维向量；

步骤（22）计算微波光子参数控制器的控制波形序列

根据步骤（21）获得的频谱二维向量和参数控制器的响应函数，计算参数控制器控制端的控制波形序列；

步骤（30）生成微波光子参数控制信号

根据步骤（22）中获得的控制波形序列，通过数模转换将控制波形序列转化为控制信号，经低通滤波后供输出使用；

步骤（31）施加微波光子参数控制信号

将步骤（30）生成的控制信号施加到参数控制器的控制端，实现对光功率的控制，从而实现对射频功率的均衡。

2.如权利要求1所述的一种基于微波光子的超宽带LFM信号幅度均衡方法，其特征在于：还包括以下步骤：

步骤（40）再次测量并记录超宽带LFM信号频谱

按照步骤（10）-（31）步骤操作后，对输出的超宽带LFM信号重新实施测量，得到新的频谱测量结果：

步骤（41）幅度均衡评估

计算频谱序列的最大值与最小值之差，若差值小于未进行均衡的超宽带LFM信号频谱强度的最大值和最小值之差，则认为信号幅度得到了均衡。