CN114397670B - 高速运动目标微多普勒测量的激光雷达系统及测量方法 - Google Patents

Abstract

高速运动目标微多普勒测量的激光雷达系统及测量方法，属于激光雷达探测技术领域。为了解决在探测高速运动目标的微多普勒效应时，目标平动产生的多普勒频移太高，超出了光电探测器响应带宽，无法对高速运动目标进行有效的探测的问题。本发明利用激光光源模块单元产生本振光和信号光，并利用频率调制模块单元将本振光进行频移，使其在与信号光做外差探测，其频移量抵消信号光回波中目标平动所产生的多普勒频移，使两者的差频分量被光电探测器响应；最后利用平衡探测模块单元将信号光的回波与移频后的本振光进行合束，对合束后的光进行探测，采集中频信号并进行处理，获取含有高速运动目标微动信息的信号频谱分布。主要用于运动目标微多普勒测量。

Description

高速运动目标微多普勒测量的激光雷达系统及测量方法

技术领域

本发明涉及一种激光雷达系统及测量方法，属于激光雷达探测技术领域。

背景技术

在实际生活中，运动的物体往往除了本身或其组成部件的质心平动之外，还存在一些微小运动，如振动、转动、翻滚、摆动等。这些微动会造成物体多普勒频谱产生调制，即微多普勒效应。相比于目标整体的平动，微动包含了更多的细节信息，微动特征与空间目标的质量大小、分布有关，因此在目标探测与识别领域得到了广泛的关注。

在测量运动目标的微多普勒频移时，频移量不仅与目标的速度有关，还与探测波源的波长有关，波长越短，频移量越高，微多普勒效应更明显。激光具有较短的波长，微多普勒现象很容易被激光雷达探测到。目前激光雷达探测目标微多普勒效应主要运用了相干探测技术。即激光源发出的光分为两束，一束作为本振光；另一束作为信号光，信号光照射到目标后，其散射光的频率带有被测物体的多普勒频移分量，让散射光与本振光做外差探测，光电探测器响应两束光的中频分量，即可测得目标的微多普勒信息。

然而这种方法在探测高速运动的目标时，由于高速运动目标质心平动产生的多普勒频移较大，容易超出光电探测器的响应带宽，从而无法探测到目标的微多普勒效应。

发明内容

为了解决在探测高速运动目标的微多普勒效应时，目标平动产生的多普勒频移太高，超出了光电探测器响应带宽，无法对高速运动目标进行有效的探测的问题，本发明提供了一种高速运动目标微多普勒测量的激光雷达系统及方法。

高速运动目标微多普勒测量的激光雷达系统，包括激光光源模块单元、频率调制模块单元和平衡探测模块单元；

激光光源模块单元，用于产生本振光和信号光，本振光进入频率调制模块单元进行频移，频移后的信号光输入至平衡探测模块单元；信号光对目标所在区域进行扫描，获得目标回波后输入至平衡探测模块单元；

频率调制模块单元，用于将本振光进行频移，使其再与信号光做外差探测，其频移量抵消信号光回波中目标平动所产生的多普勒频移，从而使两者的差频分量能够被光电探测器响应；

平衡探测模块单元，用于将信号光的回波与移频后的本振光进行合束，对合束后的光进行探测，采集中频信号，对中频信号进行处理，获取含有高速运动目标微动信息的信号频谱分布。

进一步地，所述激光光源模块单元包括激光器和1号耦合器；

所述激光器产生种子光源；

所述1号耦合器将种子光源按功率比分为信号光和本振光。

进一步地，所述频移调制模块单元包括光学单边带调制器、声光调制器、射频信号发生器和移相器；

所述光学单边带调制器是实现本发明目的核心装置，选用的光学单边带调制器为载波抑制型IQ调制器，简记IQ调制器；

IQ调制器由三个马赫-泽德型光强度调制器MZM1、MZM2、MZM3组成；

本振光输入至IQ调制器内，由Y波导将光束按1:1分束，分别进入MZM1和MZM2两个子调制器内；射频信号发生器发出两路射频信号分别进入MZM1和MZM2内，调制产生两路载波抑制双边带信号；将MZM1和MZM2的产生的两个双边带信号输入至主调制器MZM3内，射频信号发生器用于产生射频信号和直流偏压信号；移相器用于控制射频信号的相位差，通过移相法，抑制一个边带，从而产生单边带信号；产生的单边带信号实质上是本振光频移后的光信号；通过控制射频信号发生器发出的射频信号的频率f_RF，即可控制中频信号的主频率Δf；

频移后的本振光输入至声光调制器中，对频移后的本振光再次进行频移；将两次频移后的本振光用于与回波信号做外差探测。

进一步地，所述1号耦合器将种子光源按功率比分为信号光和本振光的过程中，1号耦合器按功率比9:1分为两束光，较强的一路作为信号光，较弱的一路作为本振光。

进一步地，所述声光调制器产生的频移量为f_v＝70MHz。

进一步地，所述平衡探测模块单元包括1号准直器、扫描器、2号准直器、2号耦合器、平衡探测器、频率反馈模块和数据处理模块；

信号光经1号准直器耦合后进入自由空间，再经扫描器扫描至目标；

目标回波返回至2号准直器，目标回波从2号准直器输出至2号耦合器；

声光调制器输出的移频后的本振光与目标回波经2号耦合器合束后分成相等的两束，输出给平衡探测器；

平衡探测器将探测到的中频电压信号输入至模数转换器中，进行模数转换后再输入频率反馈模块模块中处理；

频率反馈模块检测中频信号的频率，如果中频信号的主频率为f_v，f_v为70MHz，则将中频信号输入至数据处理模块；如果中频信号的主频率不是f_v，则计算出达到f_v主频所需要的输入射频信号的频率f_RF的大小，再将此调制信号输入至射频信号发生器，调整射频信号发生器输出的射频信号的频率f_RF，直到中频信号的主频率为f_v；

数据处理模块根据探测到的信号，获取含有高速运动目标微动信息的信号频谱分布。

进一步地，所述系统采用全光纤的光路。

进一步地，所述光纤均为单模保偏光纤。

高速运动目标微多普勒测量方法，利用高速运动目标微多普勒测量的激光雷达系统探测到目标的微多普勒频谱分布；

在利用高速运动目标微多普勒测量的激光雷达系统探测目标的微多普勒频谱分布的过程中，通过控制射频信号发生器产生射频电压信号V_RF1(t)和直流偏压V_DC1实现经过光学单边带调制器移频后的本振光的频率为f₀+f_RF，f_RF为射频信号的频率；并使得经声光调制器频移后的本振光的频率为f₀+f_RF-f_v；

目标回波信号的频率为f₀+f_D+f_d，其中f_D为高速运动目标平动产生的多普勒频移量，f_d为目标的微动产生的微多普勒频移量；

将两次频移后的本振光与回波信号做外差探测，得到中频信号Δf＝|f_v+f_D+f_d-f_RF|，其中f_v＝70MHz,该频率在平衡探测器的响应带宽内，通过控制f_RF的大小，使得Δf的中心频率为f_v，从而实现探测到目标的微多普勒频谱分布。

进一步地，通过控制射频信号发生器产生射频电压信号V_RF1(t)和直流偏压V_DC1实现经过光学单边带调制器移频后的本振光的频率为f₀+f_RF的过程包括以下步骤：

射频信号发生器4产生射频电压信号V_RF1(t)＝V_RF sin(2πf_RFt)和直流偏压V_DC1，其中，V_RF表示信号的幅值，f_RF为射频信号的频率；输入至MZM1的电极上，上下两臂的光信号经电光相位调制后由Y波导3合束，合束后的光强表示为

由第一类1阶贝塞尔函数得

式中，表示射频信号对相位的影响；表示直流偏置电压对相位的影响；表示调制深度；V_π为调制器半波电压；

从上式中确定上臂和下臂的相位差为θ_k＝π-2m_DC1；

控制直流偏压V_DC1，使得2m_DC＝π，则此时上下两臂的相位刚好相同，耦合输出的结果为两路输出信号的叠加；

对于第一类奇数阶贝塞尔函数有同样的结果；对于第一类0阶和偶数阶贝塞尔函数而言，当2m_DC1＝π时，θ_k＝(2k+1)π，k为整数，此时上下两臂的相位刚好相反，耦合输出结果为零；

对于第一类高次奇数阶贝塞尔函数，由于其对应频率输出的功率太低，忽略不计；

通过控制直流偏压V_DC1的大小，使得MZM1输出的结果为载波抑制双边带调制信号，该调制信号包含两个主要频率成分f₀+f_RF和f₀-f_RF；

输入至MZM2中的光信号调制原理与MZM1中类似，区别在于，输入至MZM2中的射频信号与输入至MZM1中的射频信号有相位差θ_rf，即V_RF2(t)＝V_RFsin(2πf_RFt+θ_rf)；

经过MZM1和MZM2调制得到的±1阶载波抑制双边带信号，分别输入至主调制器MZM3的上下臂中，输入直流偏压V_DC3，则MZM3的输出信号表示为

式中θ_I上＝θ_I下+θ_k＝θ_I下+kπ-2m_DC0，此时MZM3上下两臂的相位差为θ_e＝kθ_rf-2m_DC3；

控制直流偏压V_DC3使得控制移相器使得射频信号的相位差

当k＝1时，θ_e＝0，1阶边带有信号输出；当k＝-1时,θ_e＝-π,-1阶边带无信号输出；则此时输出为上边带信号，频率为f₀+f_RF；

当k＝1时，θ_e＝-π，1阶边带无信号输出；当k＝-1时,θ_e＝0,-1阶边带有信号输出；则此时输出为下边带信号，频率为f₀-f_RF；

至此，经过IQ调制器3调制的本振光频率通过控制输入的射频信号的频率来控制。

有益效果：

本发明基于激光多普勒和激光微多普勒原理，将激光测速系统应用到高速运动目标的探测与识别上，能够将目标高速平动带来的多普勒频移抵消，得到目标的距离和速度，同时得到目标的微多普勒信息。本发明的激光雷达系统具有多普勒灵敏度高的优势，具有测量精度高，识别率高，响应带宽广，应用范围广的特点。同时，由于本发明系统采用了全光纤的光路系统，具有结构紧凑、稳定性高和灵活性强的特点。

附图说明

图1为本发明具体实施方式的原理结构示意图；

图2为本发明所采用的IQ调制器原理图；

图3为本振光频移示意图；

图4为频率反馈模块流程图。

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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，

本实施方式所述的一种高速运动目标微多普勒测量的激光雷达系统及对应的测量方法如下：

所述系统包括激光光源模块单元、频率调制模块单元和平衡探测模块单元；

激光光源模块单元，用于产生本振光和信号光，本振光进入频率调制模块单元进行频移，频移后的信号光输入至平衡探测模块单元；信号光对目标所在区域进行扫描，获得目标回波后输入至平衡探测模块单元。

频率调制模块单元，用于将本振光进行频移，使其在与信号光做外差探测时，其频移量能够抵消大部分信号光回波中目标平动所产生的多普勒频移，从而使两者的差频分量能够被光电探测器响应。

平衡探测模块单元，用于将信号光的回波与移频后的本振光进行合束，对合束后的光进行探测，采集中频信号，对中频信号进行处理，获取含有高速运动目标微动信息的信号频谱分布。

更具体地，所述系统包括光纤脉冲激光器1、1号耦合器2、IQ调制器(单边带调制器)3、射频信号发生器4、移相器5、声光调制器6、1号准直器7、扫描器8、2号准直器9、2号耦合器10、平衡探测器11、模数转换器12、频率反馈模块13和数据信号处理模块14。

光纤脉冲激光器1输出单频窄线宽脉冲光信号，设其光场表达式为E＝E₀ cos(2πf₀t)，输入至1号耦合器2后，1号耦合器2按功率比9:1分为两束光，较强的一路作为信号光，较弱的一路作为本振光；其中E₀为激光器输出的光场复振幅、f₀为激光器输出的激光频率、t为时间；

信号光由1号准直器7准直后进入自由空间，经扫描器8扫描至目标，再由2号准直器9接收目标散射光进入光纤系统，再输入至2号耦合器10中，则此时的目标回波的光场为E_s＝E₁ cos(2π(f₀+f_D+f_d)t)。式中f_D为目标平动产生的多普勒频移，f_d为目标微多普勒频移；E₁为目标回波的光场复振幅。

本振光进入IQ调制器，IQ调制器的结构示意图如图2所示。

设输入至IQ调制器的本振光的光强为E_r＝E₂ cos(2πf₀t)，E₂为本振光的光场复振幅，光信号经过Y波导1，分为功率相等的两路光，分别进入MZM1和MZM2光强度调制器中。

以MZM1为例，进入MZM1中的光信号，由Y波导2分为两路光分别进入MZM1的上下两臂中。MZM型光强度调制器的上下两臂采用铌酸锂电光晶体，输入电信号会使光信号的相位受到调制。射频信号发生器4产生射频电压信号V_RF1(t)＝V_RF sin(2πf_RFt)和直流偏压V_DC1，其中，V_RF表示该信号的幅值，f_RF为射频信号的频率；输入至MZM1的电极上，上下两臂的光信号经电光相位调制后由Y波导3合束，合束后的光强可表示为

由第一类1阶贝塞尔函数可得

式中表示射频信号对相位的影响；表示直流偏置电压对相位的影响；表示调制深度；V_π为调制器半波电压。

从上式中可以得出，上臂和下臂的相位差为θ_k＝π-2m_DC1。

控制直流偏压V_DC1，使得2m_DC＝π，则此时上下两臂的相位刚好相同，耦合输出的结果为两路输出信号的叠加。

对于第一类奇数阶贝塞尔函数有同样的结果；对于第一类0阶和偶数阶贝塞尔函数而言，当2m_DC1＝π时，θ_k＝(2k+1)π(k为整数)此时上下两臂的相位刚好相反，耦合输出结果为零。

对于第一类高次奇数阶贝塞尔函数(阶数大于等于3)，由于其对应频率输出的功率太低，可以忽略不计。

通过控制直流偏压V_DC1的大小，使得MZM1输出的结果为载波抑制双边带调制信号，该调制信号包含两个主要频率成分f₀+f_RF和f₀-f_RF，如图3所示。

输入至MZM2中的光信号调制原理与MZM1中类似，区别在于，输入至MZM2中的射频信号与输入至MZM1中的射频信号有相位差θ_rf，即V_RF2(t)＝V_RFsin(2πf_RFt+θ_rf)。

经过MZM1和MZM2调制得到的±1阶载波抑制双边带信号，分别输入至主调制器MZM3的上下臂中，输入直流偏压V_DC3，则MZM3的输出信号可表示为

式中θ_I上＝θ_I下+θ_k＝θ_I下+kπ-2m_DC0，此时MZM3上下两臂的相位差为θ_e＝kθ_rf-2m_DC3。

控制直流偏压V_DC3使得控制移相器5使得射频信号的相位差

当k＝1时，θ_e＝0，1阶边带有信号输出；当k＝-1时,θ_e＝-π,-1阶边带无信号输出。则此时输出为上边带信号，频率为f₀+f_RF。

当k＝1时，θ_e＝-π，1阶边带无信号输出；当k＝-1时,θ_e＝0,-1阶边带有信号输出。则此时输出为下边带信号，频率为f₀-f_RF。

至此，经过IQ调制器3调制的本振光频率可通过控制输入的射频信号的频率来控制。

本振光频率受到单边带调制器调制的原理如图3所示。

移频后的本振光输入至声光调制器6中，使本振光产生70MHz移频，确保本振光与信号光回波(即目标回波)相干叠加后产生的中频信号的主频率为70MHz。从声光调制器6输出后进入2号耦合器10中。实际上，频移后的本振光输入至声光调制器中对频移后的本振光再次进行频移，声光调制器作为工作开关，频移量是固定的，频移范围在几十到几百兆赫兹；此外，在光学单边带不工作时，也能保证平衡探测器输出的中频信号为稳定的交流信号。

目标回波与移频后的本振光经2号耦合器10合束后分成相等的两束，输出至平衡探测器11；

平衡探测器11响应中频信号，此时中频信号的频率为Δf＝|f_D+f_d-f_RF+f_v|，通过调节射频信号的频率f_RF，将目标高速平动产生的多普勒频移f_D刚好抵消，使得中频信号Δf的主频率70MHz，即可测得信号的微多普勒频移f_d。

平衡探测器11响应中频信号的同时抑制了共轭噪声，提高了信噪比；模数转换器12对平衡探测器11输出的中频电压信号进行模数转换，将转换后的数字信号输入至频率反馈模块13中；

频率反馈模块13是用于当目标平动的速度发生改变时，通过自动调制射频信号的频率f_RF，使得f_RF始终与f_D相等，从而保证探测的中频信号的主频率为70MHz。主频指的是中频信号的频谱中，能量占比最高所对应的频率，主频为70MHz说明目标平动所带来的多普勒频移已全部被抵消。选70MHz作为主频是因为选用的声光调制器的移频为70MHz，是不可以改变的；另一方面，主频始终保持在一个频率有助于后续对微多普勒信号的处理；

频率调制反馈模块的工作流程如图4所示。输入至频率反馈模块的中频信号，首先检测其频率Δf，若Δf的主频率为70MHz，则输出至数据处理模块14中；若Δf的主频率不是70MHz，则计算频率相差多少，再反馈给射频信号发生器，调制射频信号发生器产生的射频信号的频率f_RF，直至检测Δf的主频率为70MHz。

中频信号经频率反馈模块13检测后，符合主频为70MHz条件的中频信号输入至数据处理模块14中，由此来获得高速运动目标的微多普勒特征。

本实施方式中的光纤均为单模保偏光纤，保证信号光与本振光的偏振方向相同，提高外差效率，进而提高系统的探测性能。

本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，本领域技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.高速运动目标微多普勒测量的激光雷达系统，其特征在于，所述系统包括激光光源模块单元、频率调制模块单元和平衡探测模块单元；

激光光源模块单元，用于产生本振光和信号光；

频率调制模块单元，用于将本振光进行频移，使其再与信号光做外差探测，其频移量抵消信号光回波中目标平动所产生的多普勒频移，从而使两者的差频分量能够被光电探测器响应；

平衡探测模块单元，用于将信号光的回波与移频后的本振光进行合束，对合束后的光进行探测，采集中频信号，对中频信号进行处理，获取含有高速运动目标微动信息的信号频谱分布。

2.根据权利要求1所述的高速运动目标微多普勒测量的激光雷达系统，其特征在于，所述激光光源模块单元包括激光器和1号耦合器；

所述激光器产生种子光源；

所述1号耦合器将种子光源按功率比分为信号光和本振光。

3.根据权利要求2所述的高速运动目标微多普勒测量的激光雷达系统，其特征在于，所述频率调制模块单元包括光学单边带调制器、声光调制器、射频信号发生器和移相器；

选用的光学单边带调制器为载波抑制型IQ调制器，简记IQ调制器；

IQ调制器由三个马赫-泽德型光强度调制器MZM1、MZM2、MZM3组成；

本振光输入至IQ调制器内，由Y波导将光束按1:1分束，分别进入MZM1和MZM2两个子调制器内；射频信号发生器发出两路射频信号分别进入MZM1和MZM2内，调制产生两路载波抑制双边带信号；将MZM1和MZM2的产生的两个双边带信号输入至主调制器MZM3内，射频信号发生器用于产生射频信号和直流偏压信号；移相器用于控制射频信号的相位差，通过移相法，抑制一个边带，从而产生单边带信号；产生的单边带信号实质上是本振光频移后的光信号；通过控制射频信号发生器发出的射频信号的频率f_RF，即可控制中频信号的主频率Δf；

频移后的本振光输入至声光调制器中，对频移后的本振光再次进行频移；将两次频移后的本振光用于与回波信号做外差探测。

4.根据权利要求3所述的高速运动目标微多普勒测量的激光雷达系统，其特征在于，所述1号耦合器将种子光源按功率比分为信号光和本振光的过程中，1号耦合器按功率比9:1分为两束光，较强的一路作为信号光，较弱的一路作为本振光。

5.根据权利要求4所述的高速运动目标微多普勒测量的激光雷达系统，其特征在于，所述声光调制器产生的频移量为f_v＝70MHz。

6.根据权利要求3、4或5所述的高速运动目标微多普勒测量的激光雷达系统，其特征在于，所述平衡探测模块单元包括1号准直器、扫描器、2号准直器、2号耦合器、平衡探测器、频率反馈模块和数据处理模块；

信号光经1号准直器耦合后进入自由空间，再经扫描器扫描至目标；

目标回波返回至2号准直器，目标回波从2号准直器输出至2号耦合器；

声光调制器输出的移频后的本振光与目标回波经2号耦合器合束后分成相等的两束，输出给平衡探测器；

平衡探测器将探测到的中频电压信号输入至模数转换器中，进行模数转换后再输入频率反馈模块模块中处理；

频率反馈模块检测中频信号的频率，如果中频信号的主频率为f_v，则将中频信号输入至数据处理模块；如果中频信号的主频率不是f_v，则计算出达到f_v主频所需要的输入射频信号的频率f_RF的大小，再将此调制信号输入至射频信号发生器，调整射频信号发生器输出的射频信号的频率f_RF，直到中频信号的主频率为f_v；

数据处理模块根据探测到的信号，获取含有高速运动目标微动信息的信号频谱分布。

7.根据权利要求6所述的高速运动目标微多普勒测量的激光雷达系统，其特征在于，所述系统采用全光纤的光路。

8.根据权利要求7所述的高速运动目标微多普勒测量的激光雷达系统，其特征在于，所述光纤均为单模保偏光纤。

9.高速运动目标微多普勒测量方法，其特征在于，利用权利要求1至8之一所述的高速运动目标微多普勒测量的激光雷达系统探测到目标的微多普勒频谱分布；

在利用高速运动目标微多普勒测量的激光雷达系统探测目标的微多普勒频谱分布的过程中，通过控制射频信号发生器产生射频电压信号V_RF1(t)和直流偏压V_DC1实现经过光学单边带调制器移频后的本振光的频率为f₀+f_RF，f_RF为射频信号的频率；并使得经声光调制器频移后的本振光的频率为f₀+f_RF-f_v；

目标回波信号的频率为f₀+f_D+f_d，其中f_D为高速运动目标平动产生的多普勒频移量，f_d为目标的微动产生的微多普勒频移量；

将两次频移后的本振光与回波信号做外差探测，得到中频信号Δf＝|f_v+f_D+f_d-f_RF|，其中f_v＝70MHz,该频率在平衡探测器的响应带宽内，通过控制f_RF的大小，使得Δf的中心频率为f_v，从而实现探测到目标的微多普勒频谱分布。

10.根据权利要求9所述的高速运动目标微多普勒测量方法，其特征在于，通过控制射频信号发生器产生射频电压信号V_RF1(t)和直流偏压V_DC1实现经过光学单边带调制器移频后的本振光的频率为f₀+f_RF的过程包括以下步骤：

射频信号发生器4产生射频电压信号V_RF1(t)＝V_RFsin(2πf_RFt)和直流偏压V_DC1，其中，V_RF表示信号的幅值，f_RF为射频信号的频率；输入至MZM1的电极上，上下两臂的光信号经电光相位调制后由Y波导3合束，合束后的光强表示为

由第一类1阶贝塞尔函数得

式中，表示射频信号对相位的影响；表示直流偏置电压对相位的影响；表示调制深度；V_π为调制器半波电压；

从上式中确定上臂和下臂的相位差为θ_k＝π-2m_DC1；

控制直流偏压V_DC1，使得2m_DC＝π，则此时上下两臂的相位刚好相同，耦合输出的结果为两路输出信号的叠加；

对于第一类奇数阶贝塞尔函数有同样的结果；对于第一类0阶和偶数阶贝塞尔函数而言，当2m_DC1＝π时，θ_k＝(2k+1)π，k为整数，此时上下两臂的相位刚好相反，耦合输出结果为零；

对于第一类高次奇数阶贝塞尔函数，由于其对应频率输出的功率太低，忽略不计；

通过控制直流偏压V_DC1的大小，使得MZM1输出的结果为载波抑制双边带调制信号，该调制信号包含两个主要频率成分f₀+f_RF和f₀-f_RF；

输入至MZM2中的光信号调制原理与MZM1中类似，区别在于，输入至MZM2中的射频信号与输入至MZM1中的射频信号有相位差θ_rf，即V_RF2(t)＝V_RFsin(2πf_RFt+θ_rf)；

经过MZM1和MZM2调制得到的±1阶载波抑制双边带信号，分别输入至主调制器MZM3的上下臂中，输入直流偏压V_DC3，则MZM3的输出信号表示为

式中θ_I上＝θ_I下+θ_k＝θ_I下+kπ-2m_DC0，此时MZM3上下两臂的相位差为θ_e＝kθ_rf-2m_DC3；

控制直流偏压V_DC3使得控制移相器使得射频信号的相位差

当k＝1时，θ_e＝0，1阶边带有信号输出；当k＝-1时,θ_e＝-π,-1阶边带无信号输出；则此时输出为上边带信号，频率为f₀+f_RF；

当k＝1时，θ_e＝-π，1阶边带无信号输出；当k＝-1时,θ_e＝0,-1阶边带有信号输出；则此时输出为下边带信号，频率为f₀-f_RF；

至此，经过IQ调制器3调制的本振光频率通过控制输入的射频信号的频率来控制。