CN114745023A - 基于微波光子技术的光域伪码同步方法、装置及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于微波光子技术的光域伪码同步方法、装置及系统，在获取到激光源的第一路激光和第二路激光后，将扩频通信信号调制到第一路激光上，作为载波信号。同时以第二路激光产生本振光频梳，并将本地伪码序列调控到本振光频梳上。对载波信号和本振光频梳进行模拟域计算，并解调计算结果以获得扩频通信信号的解调信号。基于此，提供一种基于微波光子技术的光域伪码同步方式，满足扩频通信的同时，结合本振光频梳和模拟域计算的特性，兼顾扩频带宽、同步速度和通信隐蔽效果。

Description

基于微波光子技术的光域伪码同步方法、装置及系统
技术领域
本发明涉及通信技术领域，特别是涉及一种基于微波光子技术的光域伪码同步方法、装置及系统。
背景技术
无线通信技术的高速发展，给军事国防和民用技术领域带来深刻的变化，但无线通信技术也随即面临着一系列挑战和困难，例如通信安全要求、通信稳定要求和通信速度要求等。其中，为有效避免无线通信被非合作方干扰和截获的风险，兼顾高速、抗干扰和隐蔽传输的高可靠隐蔽通信至关重要。
在抗干扰隐蔽通信中，直接序列扩频通信技术具有抗干扰、保密性强和高精度测量的优点，其采用相同扩频码时域序列在发射端扩展信号的频谱，在接收端进行时域自相关解调并恢复出发送的信息。当接收机接收到扩频信号后，首先是解除扩频序列对发送的信息数据的频谱扩展(解扩)，获得在信息数据调制载波的信号，再作载波解调，从而得到传来的信息。直接序列扩频技术能够实现低截获特性的核心在于扩频码具有优良的自相关特性，在非同步情况下解扩无法获得扩频编码增益，从而使得非合作方无法成功解扩，实现信息的隐藏。
为了克服收发两端距离的不确定、传输延时、噪声和干扰等在接收端会引起信号的频率扩展和时域失真，准确恢复发端信息，必须具备快速和可靠的伪码同步能力。然而，传统基于纯电域方式的传统射频通信系统受到电子器件和数字处理瓶颈的制约，导致其工作频率范围、传输信号带宽、抗干扰、抗截获能力均较为有限。
发明内容
基于此，有必要针对传统基于纯电域方式的传统射频通信系统的不足，提供一种基于微波光子技术的光域伪码同步方法、装置及系统。
一种基于微波光子技术的光域伪码同步方法，包括步骤：
获取激光源的第一路激光和第二路激光；
将扩频通信信号调制到第一路激光上，作为载波信号；
以第二路激光产生本振光频梳，并将本地伪码序列调控到本振光频梳上；
对载波信号和本振光频梳进行模拟域计算，并解调计算结果以获得扩频通信信号的解调信号。
与现有技术相比，上述的基于微波光子技术的光域伪码同步方法，在获取到激光源的第一路激光和第二路激光后，将扩频通信信号调制到第一路激光上，作为载波信号。同时以第二路激光产生本振光频梳，并将本地伪码序列调控到本振光频梳上。对载波信号和本振光频梳进行模拟域计算，并解调计算结果以获得扩频通信信号的解调信号。基于此，提供一种基于微波光子技术的光域伪码同步方式，满足扩频通信的同时，结合本振光频梳和模拟域计算的特性，兼顾扩频带宽、同步速度和通信隐蔽效果。
在其中一个实施例中，在对载波信号和本振光频梳进行模拟域计算的过程之前，还包括步骤：
对载波信号进行光信号处理。
在其中一个实施例中，本振光频梳的梳齿数量等于本地伪码序列的周期，本振光频梳的光频梳的间隔为原始信号速率。
在其中一个实施例中，在对载波信号和本振光频梳进行模拟域计算的过程之前，还包括步骤：
对本地伪码序列和扩频通信信号的信号伪码进行捕获和跟踪处理。
在其中一个实施例中，模拟域计算为时域相乘对应的频域卷积计算。
一种基于微波光子技术的光域伪码同步装置，包括：
激光获取模块，用于获取激光源的第一路激光和第二路激光；
第一调制模块，用于将扩频通信信号调制到第一路激光上，作为载波信号；
第二调制模块，用于以第二路激光产生本振光频梳，并将本地伪码序列调控到本振光频梳上；
解调计算模块，用于对载波信号和本振光频梳进行模拟域计算，并解调计算结果以获得扩频通信信号的解调信号。
上述的基于微波光子技术的光域伪码同步装置，在获取到激光源的第一路激光和第二路激光后，将扩频通信信号调制到第一路激光上，作为载波信号。同时以第二路激光产生本振光频梳，并将本地伪码序列调控到本振光频梳上。对载波信号和本振光频梳进行模拟域计算，并解调计算结果以获得扩频通信信号的解调信号。基于此，提供一种基于微波光子技术的光域伪码同步方式，满足扩频通信的同时，结合本振光频梳和模拟域计算的特性，兼顾扩频带宽、同步速度和通信隐蔽效果。
一种计算机存储介质，其上存储有计算机指令，计算机指令被处理器执行时实现上述任一实施例的基于微波光子技术的光域伪码同步方法。
上述的计算机存储介质，在获取到激光源的第一路激光和第二路激光后，将扩频通信信号调制到第一路激光上，作为载波信号。同时以第二路激光产生本振光频梳，并将本地伪码序列调控到本振光频梳上。对载波信号和本振光频梳进行模拟域计算，并解调计算结果以获得扩频通信信号的解调信号。基于此，提供一种基于微波光子技术的光域伪码同步方式，满足扩频通信的同时，结合本振光频梳和模拟域计算的特性，兼顾扩频带宽、同步速度和通信隐蔽效果。
一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行程序时实现上述任一实施例的基于微波光子技术的光域伪码同步方法。
上述的计算机设备，在获取到激光源的第一路激光和第二路激光后，将扩频通信信号调制到第一路激光上，作为载波信号。同时以第二路激光产生本振光频梳，并将本地伪码序列调控到本振光频梳上。对载波信号和本振光频梳进行模拟域计算，并解调计算结果以获得扩频通信信号的解调信号。基于此，提供一种基于微波光子技术的光域伪码同步方式，满足扩频通信的同时，结合本振光频梳和模拟域计算的特性，兼顾扩频带宽、同步速度和通信隐蔽效果。
一种基于微波光子技术的光域伪码同步系统，包括：
激光器，用于产生第一路激光和第二路激光；
信号接收与处理模块，用于将扩频通信信号调制到第一路激光上，作为载波信号；
本振产生模块，用于以第二路激光产生本振光频梳，并将本地伪码序列调控到本振光频梳上；
模拟域计算模块，用于对载波信号和本振光频梳进行模拟域计算；
解调模块，用于解调计算结果以获得扩频通信信号的解调信号。
上述的基于微波光子技术的光域伪码同步系统，由激光器产生第一路激光和第二路激光，并由信号接收与处理模块将扩频通信信号调制到第一路激光上作为载波信号，由本振产生模块基于第二路激光产生本振光频梳，并将本地伪码序列调控到本振光频梳上；模拟域计算模块对载波信号和本振光频梳进行模拟域计算，解调模块解调计算结果以获得扩频通信信号的解调信号。基于此，提供一种基于微波光子技术的光域伪码同步硬件系统，满足扩频通信的同时，结合本振光频梳和模拟域计算的特性，兼顾扩频带宽、同步速度和通信隐蔽效果。
在其中一个实施例中，还包括：
伪码捕获与跟踪模块，用于对本地伪码序列和扩频通信信号的信号伪码进行捕获和跟踪处理。
在其中一个实施例中，伪码捕获与跟踪模块包括可调谐光延迟线阵列。
在其中一个实施例中，模拟域计算模块包括光电探测器。
附图说明
图1为一实施方式的基于微波光子技术的光域伪码同步方法流程图；
图2为另一实施方式的基于微波光子技术的光域伪码同步方法流程图；
图3为一实施方式的基于微波光子技术的光域伪码同步装置模块结构图；
图4为一实施方式的计算机内部构造示意图；
图5为一实施方式的基于微波光子技术的光域伪码同步系统模块结构图；
图6为载波信号为单载波时的基于微波光子技术的光域伪码同步系统结构示意图；
图7为一实施方式的载波信号为单载波时的同步解扩原理图；
图8为一实施方式的载波信号为多载波光信号时的光域伪码同步系统结构示意图；
图9为一实施方式的载波信号为多载波光信号时的同步解扩原理图；
图10为一实施方式的log2N光延迟线阵列结构示意图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明的目的、技术方案以及技术效果，以下结合附图和实施例对本发明进行进一步的讲解说明。同时声明，以下所描述的实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供了一种基于微波光子技术的光域伪码同步方法。
图1为一实施方式的基于微波光子技术的光域伪码同步方法流程图，如图1所示，一实施方式的基于微波光子技术的光域伪码同步方法包括步骤S100至步骤S103：
S100，获取激光源的第一路激光和第二路激光；
S101，将扩频通信信号调制到第一路激光上，作为载波信号；
S102，以第二路激光产生本振光频梳，并将本地伪码序列调控到本振光频梳上；
S103，对载波信号和本振光频梳进行模拟域计算，并解调计算结果以获得扩频通信信号的解调信号。
激光源用于发出第一路激光和第二路激光。其中，激光源可包括一个或多个激光器，由一个激光器发出第一路激光和第二路激光，或由两个激光器分别发出第一路激光和第二路激光。作为一个较优的实施方式，第一路激光与第二路激光共用一个激光器作为激光源。
其中，扩频通信信号被天线接收机进行接收。在其中一个实施例中，扩频通信信号包括超宽带扩频信号。
扩频通信信号被调制到第一路激光上，作为载波信号。
在其中一个实施例中，图2为另一实施方式的基于微波光子技术的光域伪码同步方法流程图，如图2所示，在步骤S103中对载波信号和本振光频梳进行模拟域计算的过程之前，还包括步骤S200：
S200，对载波信号进行光信号处理。
对载波信号进行光信号处理，形成单边带的调制扩频微波光子信号形式的载波信号。其中，光信号处理包括光放大处理或光滤波处理。
在其中一个实施例中，步骤S101中将扩频通信信号调制到第一路激光上，作为载波信号的过程，包括步骤：
将扩频通信信号调制到第一路激光上，作为光载波。
其中，光载波为单载波形式形式或单载波光信号形式的信号。
此时，载波信号以光载波的形式进行输出，由后续的模拟域执行计算。
在其中一个实施例中，步骤S101中将扩频通信信号调制到第一路激光上，作为载波信号的过程，包括步骤：
以第一路激光产生载波光频梳
将扩频通信信号调制到第一路激光上，作为多载波光信号。
此时，载波信号以多载波光信号的形式进行输出，由后续的模拟域执行计算。
在载波信号为光载波时，第二路激光用于产生本振光频梳，光频梳的间隔为第二路激光的信号速率，光梳梳齿数量等于本地伪码序列的周期(即扩频增益)。将本地伪码序列经电光转换调控到本振光频梳上，使得光频梳每一个梳齿恰好具有相应伪码码元的相位。
在载波信号为多载波光信号时，本振光频梳的梳齿间隔比载波光频梳梳齿间隔大一个信息带宽，载波光频梳和本振光频梳的梳齿数量相等，均为一个伪码序列周期的码元个数(即扩频增益)。将本地伪码序列调控到本振光频梳上，使得光频梳每一个梳齿恰好具有相应伪码码元的相位。
基于此，结合步骤S103的模拟域计算，由于本地伪码光梳本振提供相位相干的大量梳齿，其自身具有极强的相干性，进行模拟域计算的时域相乘对应着频域的离散傅里叶变换和卷积。因此，具备计算速度快、低延迟的优点。
在载波信号为光载波时，模拟域计算为时域相乘计算。由于时域相乘计算对应着频域的离散傅里叶变换和卷积；在载波信号为多载波光信号时，模拟域计算为时域卷积计算，对应着频域的离散傅里叶变换和相乘。因此本发明的实施例无需传统伪码同步中时域上的累加计算即可实现接收的扩频通信信号和本振的自相关。
理想情况下，扩频通信信号的伪码恰好与本地伪码序列相位一致，此时可以正确地进行解扩和解调。
然而，由于收发端距离的不确定，传输过程的时延变化。基于此，在实施例一中，如图2所示，在步骤S103中对载波信号和本振光频梳进行模拟域计算的过程之前，还包括步骤S201：
S201，对本地伪码序列和扩频通信信号的信号伪码进行捕获和跟踪处理。
在载波信号为多载波光信号时，在步骤S103中对载波光频梳和本振光频梳进行模拟域计算过程之前，还包括步骤：
对本地伪码序列和扩频通信信号的信号伪码进行捕获和跟踪处理。
其中，扩频通信信号的信号伪码与本地伪码序列首先需要粗同步(捕获)，将信号伪码与本地伪码序列的相位差别锁定到一个码元周期之内。为保证伪码相位同步，需要快速调控本地伪码序列的光学相位延时，一旦伪码相位匹配到一个码元周期之内，频域卷积值便会超过伪码捕获判定门限，立即转入伪码跟踪环节。
本实施例的光域伪码相位同步，能够有力支撑抗干扰、抗截获的隐蔽通信，大幅增加扩频通信信号的带宽。在模拟域上进行信号的相干叠加调控，能够克服同步速度、扩频带宽、扩频增益之间难以兼得的矛盾，显著提升信噪比和抗干扰、抗截获性能。
上述任一实施例的基于微波光子技术的光域伪码同步方法，在载波信号为单载波光信号时，在获取到激光源的第一路激光和第二路激光后，将扩频通信信号调制到第一路激光上，作为光载波。同时以第二路激光产生本振光频梳，并将本地伪码序列调控到本振光频梳上。对光载波和本振光频梳进行模拟域计算，并解调计算结果以获得扩频通信信号的解调信号；在载波信号为多载波光信号时，在获取到激光源的第一路激光和第二路激光后，光频梳产生模块分别产生载波光频梳和本振光频梳，将扩频通信信号调制到载波光频梳上，作为多载波光信号。同时将本地伪码序列调控到本振光频梳上。对多载波光信号和本振光频梳进行模拟域计算，并解调计算结果以获得扩频通信信号的解调信号。
基于此，提供一种基于微波光子技术的光域伪码同步方式，满足扩频通信的同时，结合本振光频梳和模拟域计算的特性，兼顾扩频带宽、同步速度和通信隐蔽效果。
图3为一实施方式的基于微波光子技术的光域伪码同步装置模块结构图，如图3所示，一实施方式的基于微波光子技术的光域伪码同步装置包括：
激光获取模块100，用于获取激光源的第一路激光和第二路激光；
第一调制模块101，用于将扩频通信信号调制到第一路激光上，作为载波信号；
第二调制模块102，用于以第二路激光产生本振光频梳，并将本地伪码序列调控到本振光频梳上；
解调计算模块103，用于对载波信号和本振光频梳进行模拟域计算，并解调计算结果以获得扩频通信信号的解调信号。
上述的基于微波光子技术的光域伪码同步装置，在载波信号为光载波时，在获取到激光源的第一路激光和第二路激光后，将扩频通信信号调制到第一路激光上，作为光载波。同时以第二路激光产生本振光频梳，并将本地伪码序列调控到本振光频梳上。对光载波和本振光频梳进行模拟域计算，并解调计算结果以获得扩频通信信号的解调信号；在载波信号为多载波光信号时，在获取到激光源的第一路激光和第二路激光后，光频梳产生模块分别产生载波光频梳和本振光频梳，将扩频通信信号调制到载波光频梳上，作为多载波光信号。同时将本地伪码序列调控到本振光频梳上。对多载波光信号和本振光频梳进行模拟域计算，并解调计算结果以获得扩频通信信号的解调信号。基于此，提供一种基于微波光子技术的光域伪码同步方式，满足扩频通信的同时，结合本振光频梳和模拟域计算的特性，兼顾扩频带宽、同步速度和通信隐蔽效果。
本发明实施例还提供了一种计算机存储介质，其上存储有计算机指令，该指令被处理器执行时实现上述任一实施例的基于微波光子技术的光域伪码同步方法。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。
或者，本发明上述集成的单元如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实施例的技术方案本质上或者说对相关技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机、终端、或者网络设备等)执行本发明各个实施例方法的全部或部分。而前述的存储介质包括：移动存储设备、RAM、ROM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
与上述的计算机存储介质对应的是，在一个实施例中还提供一种计算机设备，该计算机设备包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其中，处理器执行程序时实现如上述各实施例中的任意一种基于微波光子技术的光域伪码同步方法。
该计算机设备可以是终端，其内部结构图可以如图4所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口、显示屏和输入装置。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种基于微波光子技术的光域伪码同步方法。该计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。
上述计算机设备，在获取到激光源的第一路激光和第二路激光后，将扩频通信信号调制到第一路激光上，作为载波信号。同时以第二路激光产生本振光频梳，并将本地伪码序列调控到本振光频梳上。对载波信号和本振光频梳进行模拟域计算，并解调计算结果以获得扩频通信信号的解调信号。基于此，提供一种基于微波光子技术的光域伪码同步方式，满足扩频通信的同时，结合本振光频梳和模拟域计算的特性，兼顾扩频带宽、同步速度和通信隐蔽效果。
基于上述的基于微波光子技术的光域伪码同步方法，本发明实施例还提供一种基于微波光子技术的光域伪码同步系统，用于作为基于微波光子技术的光域伪码同步方法的硬件实现。
需要注意的是，在上述基于微波光子技术的光域伪码同步方法的前提下，硬件实现包括但不限于本实施例的基于微波光子技术的光域伪码同步系统实现方式。
图5为一实施方式的基于微波光子技术的光域伪码同步系统模块结构图，如图5所示，一实施方式的基于微波光子技术的光域伪码同步系统包括：
激光器200，用于产生第一路激光和第二路激光；
信号接收与处理模块201，用于将扩频通信信号调制到第一路激光上，作为载波信号；
本振产生模块202，用于以第二路激光产生本振光频梳，并将本地伪码序列调控到本振光频梳上；
模拟域计算模块203，用于对载波信号和本振光频梳进行模拟域计算；
解调模块204，用于解调计算结果以获得扩频通信信号的解调信号。
如图5所示，激光器用于作为第一路激光和第二路激光产生硬件，进行两路激光的输出。
在其中一个实施例中，信号接收与处理模块包括电光调制器，用于将扩频通信信号调制到第一路激光上。
在其中一个实施例中，信号接收与处理模块还包括光放大器和光滤波器，用于依次对载波信号进行光信号处理，输出单边带的调制扩频微波光子信号。
本振产生模块用于以第二路激光产生本振光频梳。在其中一个实施例中，本振产生模块包括电光调制器和PN(PseudoNumber伪随机码)码调制器。
在其中一个实施例中，本振产生模块还用于以第一路激光产生载波光频梳。
在其中一个实施例中，还包括：
载波光频梳产生模块，用于产生载波光频梳。
其中，产生载波光频梳可以第一路激光产生载波光频梳。
在其中一个实施例中，本振产生模块还包括光放大器，用于对本振光频梳的输出进行光放大处理。
在其中一个实施例中，如图5所示，一实施方式的基于微波光子技术的光域伪码同步系统还包括：
伪码捕获与跟踪模块205，用于对本地伪码序列和扩频通信信号的信号伪码进行捕获和跟踪处理。
在其中一个实施例中，伪码捕获与跟踪模块包括可调谐光延迟线阵列。
图6为载波信号为单载波信号时的基于微波光子技术的光域伪码同步系统结构示意图，如图6所示，以基于K×M串并结合可调谐光延迟线阵列的伪码捕获跟踪架构为例对本实施例进行解释。串并结合可调谐光学延迟线阵列为K×1阵列，其中每一并行路径中包含一个固定延迟线和一个精确可调谐延迟线。不同光传输路径中的固定延迟线延时量为kMTc(Tc为一个码元的周期),k分别为0，1，2，……K，以MTc为单位逐级递增，与各固定延迟线串联的可调谐延迟线调谐范围为0～(2M-1)Tc/2(K×M＝N,N为PN码长度)。在捕获阶段以Tc/2为单位步进，跟踪阶段以更精细的调谐步进在一个Tc内调谐。
图7为一实施方式的载波信号为光载波时的同步解扩原理图，如图7所示，天线接收到的扩频通信信号为隐藏在噪声中的超宽带平坦光谱，接收到的扩频通信信号经电光调制器调制到载波信号上，经过光放大和光滤波(滤波带宽为扩频信号带宽)后产生调制扩频微波光子信号。该调制扩频微波光子信号是将发射微波信号上变频到光频段的信号。本振光频梳为频率间隔为Δf(Δf为原始数据带宽)，梳齿数量为N(N等于扩频增益)的超密集光频梳，且经本地伪码调控。本振光梳经过1×K光开关选通进入延迟线阵列，再经K×1光开关选通进入探测器，与调制扩频微波光子信号进行频域卷积相关，本振光频梳和调制扩频微波光子信号在光电探测器上实现模拟域频谱卷积，N个光梳齿与调制扩频微波光子信号拍频产生N个复制的频谱成分，各个子带中的频谱在中频或基带上叠加，电滤波器消除子通道间的互拍。当梳齿的相位与传输信号相位匹配时，N个频谱单元在中频上进行相干同相叠加，而噪声具有随机性和非相干性，不会如目标信号那样同相叠加，因此最终能够大幅度提升接收信噪比或接收增益，实现与梳齿数量N成正比的信噪比提升，对隐藏在噪声以下的信号有效去噪和正确恢复。
图8为一实施方式的载波信号为多载波光信号时的光域伪码同步系统结构示意图，图9为一实施方式的载波信号为多载波光信号时的同步解扩原理图，如图8和图9所示，在载波信号为多载波光信号时，天线接收到的扩频通信信号为隐藏在噪声中的超宽带平坦光谱，接收到的扩频通信信号经电光调制器调制到频率间隔为frep、梳齿数量为N(N等于扩频增益)的载波光频梳，经过光放大和光滤波后产生多载波扩频微波光子信号。该多载波扩频微波光子信号是将接收微波信号上变频到光频段的信号。本振光频梳为频率间隔为frep+Δf(Δf为原始数据带宽)、梳齿数量为N的光频梳，且经本地伪码调控。本振光梳经过1×K光开关选通进入延迟线阵列，再经K×1光开关选通进入探测器，与多载波扩频微波光子信号进行频域的互相关运算，本振光频梳和多载波扩频微波光子信号在光电探测器上实现模拟域频谱相乘，N个本振光梳齿将N个扩频微波光子信号信道化，在光电探测器上拍频产生N个复制的频谱成分，各个子带中的频谱在中频或基带上叠加，电滤波器消除子信道间的互拍。当本振光梳梳齿的相位与传输信号的相位相匹配时，N个频谱单元在中频上进行相干同相叠加，而噪声具有随机性和非相干性，不会如目标信号那样同相叠加，因此最终能够大幅提升接收信噪比或接收增益，实现与梳齿数量N成正比的信噪比提升，对隐藏在噪声以下的信号有效去噪和正确恢复。
在伪码捕获初期，由于本地伪码序列和扩频通信信号的信号伪码尚未同步，调制扩频微波光子信号和光本振经光电探测、滤波、放大后输出的相关值达不到捕获判定门限，解码延迟匹配控制电路对本地伪码的相位进行调控，一方面光开关快速选通延迟间隔为MTc的固定光延迟线，一方面可调谐光延迟线以Tc/2为调节步长在0～(2M-1)Tc/2内搜索.每一次伪码相位的改变，探测器中获得的模拟域相关结果与设定的捕获门限值进行比较，若相关结果未超过门限值，则继续伪码相位搜索。当本地伪码与调制扩频微波光子信号伪码相位差别在1/2个Tc以内时，自相关值将超过判定门限，即实现伪码捕获。此时，阵列中的光延迟线路径业已确定，转入伪码跟踪阶段，在一个码元周期内对可调谐光延迟线的延迟量进行精确调控，以实现伪码的细同步和长时间同步状态保持。
串并结合光延时架构可以显著降低对光学延时线最大调谐范围的要求，其最大调谐范围只需要满足0～(2M-1)Tc/2即可实现0～(N-1/2)Tc的延迟调谐量，使得利用光延迟线器件实现该架构具备极强的可行性。由于模拟域的自相关卷积过程很快，近乎零时间延迟，因此，本实施例的伪码捕获跟踪能够在两个数据比特内(2NTc)遍历PN码所有相位偏移的可能性，即最慢在两个数据比特内即可实现伪码的捕获跟踪。若在此基础上结合传统伪码同步中的部分相关算法，应可以进一步缩短伪码同步的捕获跟踪时间。
在其中一个实施例中，图10为一实施方式的log2N光延迟线阵列结构示意图，如图10所示，采用log2N思路进一步降低对光开关路数和可调谐延迟线调谐范围的要求。输入和输出分别通过1×2和2×1光开关，光开关的阶数m由扩频倍数N(m≥log2N)决定，不同阶光开关之间一路增加延迟量分别为Tc，2Tc，…，(2m-1)Tc，一路为0延迟，通过各阶2×2光开关切换可以实现0～(2m-1)Tc的固定延时，在固定延时以外，通过0～Tc的高精度可调谐延迟线，即可实现0～NTc范围内的高精度可调谐延时，对于可调谐延迟线的调谐范围仅为0～Tc，更加增强了光延迟器件的可行性。
同时，模拟域计算模块选用光电探测器。伪码通过可调延迟线阵列进行搜捕和跟踪，仅需要一个光电探测器即可在模拟域实现扩频信号和光本振的相关计算，海量的频谱切片被复制和同相相干叠加，实现模拟域频谱运算。模拟域的频谱运算相比数字频谱卷积或者波形相关运算具有超快、近零延时的显著优点。信号通过相干同相叠加实现高增益，而噪声由于非相干叠加不会被增益。此外，光器件具有领先电子器件的独特优势，其调谐速度可达到100ps，从而支持10GHz扩频带宽的隐蔽通信需求。
上述的基于微波光子技术的光域伪码同步系统，由激光器产生第一路激光和第二路激光，并由信号接收与处理模块将扩频通信信号调制到第一路激光上作为载波信号，由本振产生模块基于第二路激光产生本振光频梳，并将本地伪码序列调控到本振光频梳上；模拟域计算模块对载波信号和本振光频梳进行模拟域计算，解调模块解调计算结果以获得扩频通信信号的解调信号。基于此，提供一种基于微波光子技术的光域伪码同步硬件系统，满足扩频通信的同时，结合本振光频梳和模拟域计算的特性，兼顾扩频带宽、同步速度和通信隐蔽效果。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种基于微波光子技术的光域伪码同步方法，其特征在于，包括步骤：
获取激光源的第一路激光和第二路激光；
将扩频通信信号调制到所述第一路激光上，作为载波信号；
以所述第二路激光产生本振光频梳，并将本地伪码序列调控到所述本振光频梳上；
对所述载波信号和所述本振光频梳进行模拟域计算，并解调所述计算结果以获得所述扩频通信信号的解调信号。
2.根据权利要求1所述的基于微波光子技术的光域伪码同步方法，其特征在于，在所述对所述载波信号和所述本振光频梳进行模拟域计算的过程之前，还包括步骤：
对所述载波信号进行光信号处理。
3.根据权利要求1或2所述的基于微波光子技术的光域伪码同步方法，其特征在于，所述本振光频梳的光梳梳的梳齿数量等于所述本地伪码序列的周期，所述本振光频梳的光频梳的间隔为所述第二路激光的信号速率。
4.根据权利要求1至3任一项所述的基于微波光子技术的光域伪码同步方法，其特征在于，在所述对所述载波信号和所述本振光频梳进行模拟域计算的过程之前，还包括步骤：
对所述本地伪码序列和扩频通信信号的信号伪码进行捕获和跟踪处理。
5.根据权利要求1所述的基于微波光子技术的光域伪码同步方法，其特征在于，所述模拟域计算为频域卷积或相乘计算。
6.一种基于微波光子技术的光域伪码同步装置，其特征在于，包括：
激光获取模块，用于获取激光源的第一路激光和第二路激光；
第一调制模块，用于将扩频通信信号调制到所述第一路激光上，作为载波信号；
第二调制模块，用于以所述第二路激光产生本振光频梳，并将本地伪码序列调控到所述本振光频梳上；
解调计算模块，用于对所述载波信号和所述本振光频梳进行模拟域计算，并解调所述计算结果以获得所述扩频通信信号的解调信号。
7.一种基于微波光子技术的光域伪码同步系统，其特征在于，包括：
激光器，用于产生第一路激光和第二路激光；
信号接收与处理模块，用于将扩频通信信号调制到所述第一路激光上，作为载波信号；
本振产生模块，用于以所述第二路激光产生本振光频梳，并将本地伪码序列调控到所述本振光频梳上；
模拟域计算模块，用于对所述载波信号和所述本振光频梳进行模拟域计算；
解调模块，用于所述解调计算结果以获得所述扩频通信信号的解调信号。
8.根据权利要求7所述的基于微波光子技术的光域伪码同步系统，其特征在于，还包括：
伪码捕获与跟踪模块，用于对所述本地伪码序列和扩频通信信号的信号伪码进行捕获和跟踪处理。
9.根据权利要求8所述的基于微波光子技术的光域伪码同步系统，其特征在于，所述伪码捕获与跟踪模块包括可调谐光延迟线阵列。
10.根据权利要求7至9任意一项所述的基于微波光子技术的光域伪码同步系统，其特征在于，所述模拟域计算模块包括光电探测器。
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