CN115508783A - 一种微波光子多频段雷达发射装置及系统 - Google Patents

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CN115508783A
CN115508783A CN202211077016.3A CN202211077016A CN115508783A CN 115508783 A CN115508783 A CN 115508783A CN 202211077016 A CN202211077016 A CN 202211077016A CN 115508783 A CN115508783 A CN 115508783A
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王党卫
王安乐
张进
王亚兰
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Abstract

本发明公开了一种微波光子多频段雷达发射装置及系统，该装置包括：激光器、光频率转换模块、第一光耦合器、第一光电探测器以及带通电滤波器。光频率转换模块对激光器输出的原始载波进行相位调制以及滤波处理，得到p对带宽为nB1的光边带对；第一光耦合器将光频率转换模块输出的光信号分为两路，一路输入第一光电探测器，另一路作为参考光信号输出至雷达接收装置；第一光电探测器将p对带宽为nB1的光边带对转换为射频信号，其中包括：2p‑1种带宽为2nB1的特征频段；带通电滤波器从中滤出M个不同频段的射频信号，M为大于或等于2的整数，并分别将各频段的射频信号从相互独立的通道输出，从而同时获得多个频段的宽带雷达发射信号。

Description

一种微波光子多频段雷达发射装置及系统
技术领域
本发明涉及雷达技术领域，尤其涉及一种微波光子多频段雷达发射装置及系统。
背景技术
雷达是军事战争中极为重要的武器装备，主要负责对目标的探测、成像、识别、追踪、制导等任务，具有全天时、全天候的特点，可以实时获取战场信息。随着世界各国雷达技术和装备的发展，应对现有雷达的武器装备和作战战术同样得到了长足的发展。低空突防、高空袭击、快速打击、虚假目标、小型武器、隐身装备、电子对抗、战场环境等装备和战术的发展均给现有雷达带来了巨大的威胁。这就要求现有雷达具有更大的作用范围、更快的反应速度、更高的识别精度、更广的工作频段和更多的操作模式以应对这些威胁。传统的采用电子技术的雷达，实现某个功能或者某种频段都需要一套独立的硬件系统。为了实现多功能或者多波段的功能，常采用的方法就是基于现有各种单一功能雷达的升级和组合，这不可避免的造成雷达体积庞大、结构复杂、不易维护等限制使用场景的问题。
发明内容
本发明实施例通过提供一种微波光子多频段雷达发射装置及系统，能够同时获得多个频段的宽带雷达发射信号，有利于在丰富雷达功能的同时，改善雷达体积过大的问题。
第一方面，本发明实施例提供了一种微波光子多频段雷达发射装置，包括：
激光器，用于输出连续光信号，作为原始载波；
光频率转换模块，用于对所述原始载波进行相位调制以及滤波处理，得到p对带宽为nB1的光边带对，其中，p为大于或等于2的整数，nB1大于零，所述相位调制后频率最靠近所述原始载波频率的光边带为第m阶光边带，p对所述光边带对包括：所述相位调制后生成的第m阶至第m+p-1阶光边带；
第一光耦合器，用于将所述光频率转换模块输出的光信号分为两路，一路输入第一光电探测器，另一路作为参考光信号输出至雷达接收装置；
所述第一光电探测器，用于将所述p对带宽为nB1的光边带对转换为射频信号，所述射频信号包括：2p-1种带宽为2nB1的特征频段；以及
带通电滤波器，用于从2p-1种所述特征频段中滤出M个不同频段的射频信号，并分别将各频段的射频信号从相互独立的通道输出，以传输给相应频段的发射天线发射出去，其中，M为大于或等于2的整数。
进一步地，所述光频率转换模块包括：
第一相位调制器，与所述激光器连接，用于通过外设的第一微波信号源输入的第一调制信号，对所述激光器输出的原始载波进行调制，其中，所述第一调制信号的带宽为B1；
双带通光滤波器，与所述第一相位调制器的输出端连接，用于对第一次调制后的光信号进行滤波处理，滤出其中的第n阶光边带对；
第二相位调制器，与所述双带通光滤波器的输出端连接，用于通过外设的第二微波信号源输入的第二调制信号，对所述双带通光滤波器滤出的光信号进行相位调制；
带通光滤波器，与所述第二相位调制器的输出端连接，用于对第二次调制后得到的光信号进行滤波处理，滤出所述p对带宽为nB1的光边带对。
进一步地，所述光频率转换模块还包括：
第一光放大器，连接在所述双带通光滤波器与所述第二相位调制器之间，用于对所述双带通光滤波器滤出的光信号进行放大；
第二光放大器，连接在所述带通光滤波器与所述第一光耦合器之间，用于对所述带通光滤波器滤出的光信号进行放大。
进一步地，所述带通光滤波器的带宽满足以下条件：
2(p-1)f2-2(nf1-mf2)+nB1＜Bf＜2pf2-2(nf1-mf2)-nB1
其中，Bf表示所述带通光滤波器的带宽，f1为所述第一调制信号的中心频率，f2为所述第二调制信号的中心频率。
进一步地，p等于2，所述特征频段有三种，三种特征频段的中心频率分别为：
f2-2(nf1-mf2)，2|nf1-mf2|，2f2-2(nf1-mf2)。
进一步地，上述雷达发射装置还包括：功率放大器，所述功率放大器的输入端与所述带通电滤波器的输出端连接，用于将所述带通电滤波器输出的各个频段的射频信号进行功率放大，所述功率放大器的输出端用于连接相应频段的发射天线。
第二方面，本发明实施例提供了一种微波光子多频段雷达系统，包括：M个发射天线、M个接收天线、雷达接收装置以及上述第一方面提供的雷达发射装置；
所述雷达发射装置分别与所述M个发射天线连接，所述雷达发射装置输出的M个射频信号的频段与所述M个发射天线的发射频段一一对应；
所述雷达接收装置分别与所述M个接收天线连接，所述M个接收天线的接收频段与所述M个发射天线的发射频段一一对应。
进一步地，M等于2。
进一步地，所述雷达接收装置包括：光延时线、电耦合器、第一低噪声放大器、马赫-曾德尔调制器、偏置点控制器、第二光耦合器、第二光电探测器、中频滤波器以及用于从接收到的信号中提取目标信息的信号处理器，
所述光延时线分别与所述马赫-曾德尔调制器以及所述雷达发射装置中的第一光耦合器连接；
所述马赫-曾德尔调制器还分别与偏置点控制器的输出端、所述第二光耦合器的输入端以及所述第一低噪声放大器的输出端连接，所述第一低噪声放大器的输入端与所述电耦合器的输出端连接，所述电耦合器的输入端与所述M个接收天线连接，所述第二光耦合器的第一路输出端依次经所述第二光电探测器、所述中频滤波器与所述信号处理器连接，所述第二光耦合器的第二路输出端与所述偏置点控制器的输入端连接。
进一步地，所述雷达接收装置还包括：第二低噪声放大器，所述第二低噪声放大器的输入端与所述第二光电探测器连接，所述第二低噪声放大器的输出端与所述中频滤波器连接。
本发明实施例提供的微波光子多频段雷达发射装置及系统，通过光频率转换模块对原始载波进行相位调制以及滤波处理，得到p对带宽为nB1的光边带对，其中，p为大于或等于2的整数，nB1大于零，相位调制后频率最靠近原始载波频率的光边带为第m阶光边带，p对光边带对包括：相位调制后生成的第m阶至第m+p-1阶光边带，然后利用第一光电探测器将p对带宽为nB1的光边带对转换为射频信号，由带通电滤波器从2p-1种特征频段中滤出M(M为大于或等于2的整数)个不同频段的射频信号，并分别将各频段的射频信号从相互独立的通道输出，以传输给相应频段的发射天线发射出去。这样能够同时获得多个频段的宽带雷达发射信号，有利于在丰富雷达功能的同时，改善雷达体积过大的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了本发明实施例第一方面提供的雷达发射装置的结构示意图；
图2示出了本发明实施例中激光器发射的光信号的光谱示意图；
图3示出了本发明实施例中光频率转换模块的结构示意图；
图4示出了本发明实施例中双带通光滤波器选出的光信号的光谱示意图；
图5示出了本发明实施例中带通光滤波器选出的光信号的光谱示意图；
图6示出了本发明实施例中第一光电探测器输出的射频信号的频谱示意图；
图7示出了本发明实施例第二方面提供的雷达系统的结构示意图；
图8示出了本发明实施例中雷达发射装置产生的中心频率为11.5003GHz和15.6426GHz的雷达发射信号的频谱图；
图9示出了本发明实施例中雷达接收装置对回波信号去斜处理后获得的中频信号归一化功率谱图。
具体实施方式
以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。本文中，术语“多个”包括两个或大于两个的情况。
第一方面，本发明实施例提供了一种微波光子多频段雷达发射装置，如图1所示，该雷达发射装置10包括：激光器101、光频率转换模块102(optical frequency operationmodule，OFOM)、第一光耦合器103、第一光电探测器104以及带通电滤波器105。
其中，激光器101，用于输出连续光信号，作为原始载波。激光器101为单频激光器，其输出频率记为f0，如图2所示。
光频率转换模块102，用于对原始载波进行相位调制以及滤波处理，得到p对带宽为nB1的光边带对。其中，p为大于或等于2的整数，nB1大于零。相位调制后频率最靠近原始载波频率f0的光边带为第m阶光边带，p对光边带对包括：所述相位调制后生成的第m阶至第m+p-1阶光边带。
在一些示例中，如图3所示，光频率转换模块102可以包括：第一相位调制器1021、双带通光滤波器1022、第二相位调制器1024以及带通光滤波器1025。激光器101通过光波导的连接方式与第一相位调制器1021的信号输入端连接。第一相位调制器1021的信号输出端通过光波导的连接方式与双带通光滤波器1022的输入端连接。双带通光滤波器1022的输出端与第二相位调制器1024的信号输入端连接，第二相位调制器1024的信号输出端通过光波导的连接方式与带通光滤波器1025的输入端连接。
另外，第一相位调制器1021通过射频波导的连接方式与第一微波信号源12连接。第一微波信号源12为第一相位调制器1021提供第一调制信号。例如，第一调制信号可以为低频窄带信号，记该低频窄带信号的中心频率和带宽分别为f1和B1。f1和B1可以根据实际应用场景的需要确定。
第二相位调制器1024通过射频波导的连接方式与第二微波信号源13连接。第二微波信号源13为第二相位调制器1024提供第二调制信号。例如，第二调制信号可以为另一单频信号，记该单频信号的频率为f2。f2可以根据实际应用场景的需要确定。
具体使用时，激光器101输出光信号即原始载波进入第一相位调制器1021，第一相位调制器1021通过第一调制信号，对该原始载波进行相位调制，调制后的光信号如图4所示。为了便于区分，将本次相位调制称为第一次调制。
如图4所示，上述经第一次调制后的光信号进入双带通光滤波器1022，经过双带通光滤波器1022的过滤处理，滤出所需阶数的光边带对，记该光边带对的阶数为n，则经过双带通光滤波器1022滤出的光信号的中心频率为f0±nf1，带宽为nB1。需要说明的是，具体需要滤出的阶数即n的取值可以根据实际应用场景的需要确定，本实施例对此不做限制，根据所需要的光边带对阶数选择相应工作频段的双带通光滤波器1022。在一些示例中，n可以取第一次调制得到的光信号中信噪比相对较高的阶数。例如，可以预先确定一个信噪比阈值，可以从高于该信噪比阈值的光边带对中，选取其中一阶光边带对。
双带通光滤波器1022滤出的光信号进入第二相位调制器1024，第二相位调制器1024通过第二调制信号，对该光信号进行相位调制，调制后的光信号如图5所示。为了便于区分，将本次相位调制称为第二次调制。
如图5所示，带通光滤波器1025对上述第二次调制后得到的光信号进行滤波处理，滤出上述的p对带宽为nB1的光边带对。例如，p对光边带对包括：上述第二次调制后生成的第m阶至第m+p-1阶光边带，中心频率分别表示为：f0+nf1-(m+p-1)f2，……，f0+nf1-(m+1)f2，
Figure BDA0003831597570000071
f0-nf1+(m+1)f2，……，f0-nf1+(m+p-1)f2。
例如，图5中，中心频率为f0+nf1-mf2的光边带为对中心频率为f0+nf1的光边带进行调制后形成的第m阶光边带，中心频率为f0-nf1+mf2的光边带为对中心频率为f0-nf1的光边带进行调制后形成的第m阶光边带，这两个光边带构成第m阶光边带对。本文中，第m阶光边带对是指最靠近原始载波频率f0的一对光边带对。需要说明的是，根据各参数的取值不同，f0+nf1-mf2、f0-nf1+mf2可能小于原始载波频率f0，或者，也可能大于原始载波频率f0。且当f0+nf1-mf2大于原始载波频率f0时，f0-nf1+mf2小于原始载波频率f0，反之，当f0+nf1-mf2小于原始载波频率f0时，f0-nf1+mf2大于原始载波频率f0。
中心频率为f0+nf1-(m+1)f2的光边带为对中心频率为f0+nf1的光边带进行调制后形成的第m+1阶光边带，中心频率为f0-nf1+(m+1)f2的光边带为对中心频率为f0-nf1的光边带进行调制后形成的第m+1阶光边带，这两个光边带构成第m+1阶光边带对。
在一些示例中，为了较准确地滤出所需要的p对带宽为nB1的光边带对，带通光滤波器1025的带宽Bf需要满足以下条件：
2(p-1)f2-2(nf1-mf2)+nB1＜Bf＜2pf2-2(nf1-mf2)-nB1。
例如，若滤出两对光边带对(p＝2)，则带通光滤波器1025的带宽Bf需要满足：
2f2-2(nf1-mf2)+nB1＜Bf＜4f2-2(nf1-mf2)-nB1
此时，滤出的两对光边带对为第二次相位调制后产生的第m阶以及第m+1阶光边带对，分别为距离原始载波频率f0最近以及次近的光边带对。滤出的两对光边带对的中心频率分别为：f0+nf1-(m+1)f2，
Figure BDA0003831597570000081
和f0-nf1+(m+1)f2，且各光边带的带宽均为nB1。
又例如，若滤出的是三对光边带对(p＝3)，带通光滤波器1025的带宽Bf需要满足：
4f2-2(nf1-mf2)+nB1＜Bf＜6f2-2(nf1-mf2)-nB1
此时，滤出的三对光边带对为第二次相位调制后产生的第m阶、第m+1阶以及第m+2阶光边带对。滤出的三对光边带对的中心频率分别为：f0+nf1-(m+2)f2，f0+nf1-(m+1)f2，
Figure BDA0003831597570000082
f0-nf1+(m+1)f2和f0-nf1+(m+2)f2，且各光边带的带宽均为nB1。
需要说明的是，具体需要滤出的光边带对数量可以根据实际应用场景的需要确定，从而配置相应带宽的带通光滤波器1025。通过增大滤出的光边带的对数，可同时产生更多频段的宽带雷达发射信号，有利于进一步丰富雷达系统的功能。
进一步地，为了保证信号强度，上述光频率转换模块102还包括：第一光放大器1023以及第二光放大器1026。其中，第一光放大器1023连接在双带通光滤波器1022与第二相位调制器1024之间，用于对双带通光滤波器1022滤出的光信号进行放大。具体的，双带通光滤波器1022通过光波导的连接方式与第一光放大器1023连接，第一光放大器1023通过光波导的连接方式与第二相位调制器1024连接。
第二光放大器1026连接在带通光滤波器1025与所述第一光耦合器103之间，用于对带通光滤波器1025滤出的光信号进行放大。具体的，带通光滤波器1025通过光波导的连接方式与第二光放大器1026连接，经过第二光放大器1026放大后的光信号进入第一光耦合器103。
例如，第一光放大器1023和第二光放大器1026均可以采用掺铒光纤放大器。当然，也可以采用其他光放大器，本实施例对此不做限制。
第一光耦合器103起到分束作用，用于将光频率转换模块102输出的光信号，例如，上述经过第二光放大器1026放大后的光信号，分为两路，一路输入第一光电探测器104，另一路作为参考光信号输出至雷达接收装置20。
第一光电探测器104通过光波导的连接方式与第一光耦合器103的其中一路输出端连接，用于将p对带宽为nB1的光边带对转换为射频信号，所述射频信号包括：2p-1种带宽为2nB1的特征频段。具体的，第一光电探测器104利用拍频原理将上述p对光边带对转化为射频信号，得到3p-2种不同的特征频段，其中带宽为2nB1的特征频段有2p-1种，中心频率分别为：f2-2(nf1-mf2),2|nf1-mf2|，2f2-2(nf1-mf2)，……，(2p-2)f2-2(nf1-mf2)；带宽为0的信号有p-1种，中心频率分别为：f2,2f2,……,(p-1)f2。
例如，如图6所示，若p＝2，即输入的光信号包括两对光边带对，即上述第m阶以及m+1阶光边带对，经过第一光电探测器104拍频后产生四种不同频段，中心频率分别是f2-2(nf1-mf2)，2|nf1-mf2|，f2，2f2-2(nf1-mf2)，带宽依次是2nB1,2nB1,0,2nB1。由此，特征频段有三种，三种特征频段的中心频率分别为：f2-2(nf1-mf2)，2|nf1-mf2|，2f2-2(nf1-mf2)。
类似地，若p＝3，即输入的光信号包括三对光边带对，即上述第m阶、m+1阶以及m+2阶光边带对，经过第一光电探测器104拍频后将得到7种不同频段，其中带宽为2nB1的特征频段有5种，分别是f2-2(nf1-mf2),2|nf1-mf2|,2f2-2(nf1-mf2),3f2-2(nf1-mf2)，4f2-2(nf1-mf2)；带宽为0的频段有2种，分别是f2和2f2。
带宽为2nB1的特征频段也就是雷达发射的备选信号频段。由此也可看出，所产生的宽带雷达发射信号的中心频率与上述第一调制信号的中心频率f1、第二调制信号的中心频率f2以及两次相位调制后滤出的光边带对的阶数n、m相关。所产生的宽带雷达发射信号的带宽与上述第一调制信号的带宽B1和使用双带通光滤波器1022选择的光边带对的阶数n相关。
因此，可以根据所需雷达发射信号的中心频率以及带宽，确定第一微波信号源12输出的第一调制信号的中心频率f1，第二微波信号源13的中心频率f2，双带通光滤波器1022选择的光边带对的阶数n以及带通光滤波器1025的带宽。通过调整第一微波信号源12输出的第一调制信号的带宽以及双带通光滤波器1022选择的光边带对的阶数n，能够实现雷达发射信号带宽可调谐。
进一步地，带通电滤波器105通过射频波导的连接方式与第一光电探测器104连接。第一光电探测器104输出的射频信号进入带通电滤波器105，由带通电滤波器105从上述2p-1种特征频段中滤出M个不同频段的射频信号，并分别将各频段的射频信号从相互独立的通道输出，以传输给相应频段的发射天线11发射出去。其中，M为大于或等于2的整数。
也就是说，上述带通电滤波器105为多通道的带通电滤波器105，具体通道数量可以根据所需要的雷达发射信号的频段数量确定，每个通道的工作波段对应一个需要滤出的特征频段。以p＝2，特征频段数量为3，M＝2为例，此时可以采用双通道的带通电滤波器105，例如，可以从这三种特征频段中选择出信噪比最高和次高的两个频段，实现微波光子双频段雷达的发射信号。需要说明的是，图6中所示信号的高度并不代表信噪比的大小，具体根据各特征频段的信噪比情况进行选择。例如，所需双频段雷达发射信号的中心频率分别为9GHz和13GHz，那么双通道带通电滤波器105的其中一个通道的工作频段可以是8-10GHz，另一个通道的工作频段可以是12-14GHz。
在一些示例中，为了保证雷达发射信号具有足够的功率，本实施例提供的雷达发射装置10，还包括：功率放大器106。功率放大器106的输入端通过射频波导的连接方式与上述带通电滤波器105的输出端连接，功率放大器106的输出端用于通过射频波导的连接方式与各频段对应的发射天线11连接。此时，带通电滤波器105输出的各个频段的射频信号送入功率放大器106，由功率放大器106进行功率放大后传输给相应发射天线11发射出去。需要说明的是，图1中示出的发射天线11数量仅为示意，不作为限制，具体可以根据实际需要设置。
本发明实施例提供的雷达发射装置10，通过合理设置带通光滤波器1025的带宽，基于所滤出的光边带对，能够同时获得多个频段的宽带雷达发射信号，例如，通过设置带通光滤波器1025滤出两对光边带对，可以同时获得两个频段的宽带雷达发射信号，有利于在丰富雷达功能的同时，改善雷达体积过大、结构复杂、不易维护的问题。
并且，相比于通过切换参数产生不同频率的雷达发射信号的方式(该方式同一时刻只能产生一个频段的雷达发射信号，且不同时刻产生的不同频段的发射信号之间不完全相参)，本发明实施例提供的雷达发射装置10中，同时产生的多个频段的雷达发射信号来源于同一光信号，不同频段的雷达发射信号之间可以完全相参，从而提升雷达系统的探测距离和定位精度。
另外，不同于采用锁模激光器101输出的光频梳为雷达发射信号提供可重构波形，同时为接收机的光模数变换提供超低抖动的窄脉冲的方式，受限于光频梳间隔，该方法无法实现大带宽信号的产生，其带宽仅在百兆赫兹量级，无法实现更高精度探测。本发明实施例提供的技术方案，通过倍频技术能够有效地提高雷达发射信号的带宽，从而有利于实现更高精度地探测，例如，带宽可达到GHz量级，雷达距离分辨力可达到厘米量级。可以理解的是，雷达距离分辨力是指相同方向上，相邻两个点目标之间最小可区分距离，雷达发射信号的带宽越大，雷达距离分辨力越好。
第二方面，本发明实施例还提供了一种微波光子多频段雷达系统，如图7所示，该系统包括：M个发射天线11、M个接收天线21、雷达接收装置20以及上述第一方面提供的雷达发射装置10。需要说明的是，图7中示出的天线对数仅为示意，不作为限制，具体根据实际需要设置。
雷达发射装置10分别与M个发射天线11连接，雷达发射装置10输出的M个射频信号的频段与M个发射天线11的发射频段一一对应。雷达接收装置20分别与M个接收天线21连接，M个接收天线21的接收频段与M个发射天线11的发射频段一一对应。
例如，雷达发射装置10产生两个频段的雷达发射信号时，M等于2，此时，需要配置两组天线，一组包括一个发射天线11和一个接收天线21。
雷达接收装置20与雷达发射装置10适配，用于对M个接收天线21接收到的目标回波信号进行处理，从中获得探测目标信息。在一些示例中，雷达接收装置20可以采用基于微波光子技术的去斜接收模块，或者，也可以采用其他适用的接收模块，本实施例对此不做限制。
具体的，上述去斜接收模块包括：光延时线201、电耦合器202、第一低噪声放大器203、马赫-曾德尔调制器204、偏置点控制器205、第二光耦合器206、第二光电探测器207、中频滤波器208以及信号处理器209。
光延时线201通过光波导的连接方式分别与马赫-曾德尔调制器204以及雷达发射装置10中的第一光耦合器103连接。马赫-曾德尔调制器204通过射频波导的连接方式分别与偏置点控制器205的输出端、第一低噪声放大器203的输出端连接、以及通过光波导的连接方式与第二光耦合器206的输入端连接。第一低噪声放大器203的输入端通过射频波导的连接方式与电耦合器202的输出端连接。电耦合器202的各输入端通过射频波导的连接方式与M个接收天线21一一对应连接。第二光耦合器206的第一路输出端依次经第二光电探测器207、中频滤波器208与信号处理器209连接。其中，第二光耦合器206的第一路输出端通过光波导的连接方式与第二光电探测器207，第二光电探测器207通过射频波导的连接方式与中频滤波器208连接，中频滤波器208的输出接口通过射频波导的连接方式与信号处理器209连接。第二光耦合器206的第二路输出端通过光波导的连接方式与偏置点控制器205的输入端连接。
具体使用时，由M个接收天线21分别接收到目标物的目标回波信号，M个目标回波信号经电耦合器202耦合后进入第一低噪声放大器203，放大后的信号作为马赫-曾德尔调制器204的调制信号。
雷达发射装置10中第一光耦合器103输出的其中一路光信号经过光延时线201延时后，注入到马赫-曾德尔调制器204，作为参考光信号。
经马赫-曾德尔调制器204调制后的上述参考光信号通过第二光耦合器206分成两路，其中第一路光信号输入第二光电探测器207，第二路光信号进入偏置点控制器205，以使得偏置点控制器205根据第二路光信号为马赫-曾德尔调制器204提供偏置电压，使马赫-曾德尔调制器204工作在正交状态。
第二光电探测器207对上述经马赫-曾德尔调制器204调制后的光信号拍频后得到携带目标信息的中频电信号，中频电信号经中频滤波器208滤波后，进入信号处理器209。信号处理器209为模数转换和数字信号处理器，用于对接收到的中频电信号进行处理，从中提取出目标信息，具体过程可以参照相关技术，此处不做详述。
在一些示例中，上述去斜接收模块还可以包括：设置在中频滤波器208与第二光电探测器207之间的第二低噪声放大器(图中未示出)。该第二低噪声放大器可以通过射频波导的连接方式分别与第二光电探测器207以及中频滤波器208连接，使得由第二光电探测器207输出的中频电信号经该第二低噪声放大器放大后再进入中频滤波器208进行滤波，以提高信号强度，便于目标信息的提取。
另外，为了验证本发明技术方案的效果，发明人还以双频段为例进行了实验验证。实验中，第一微波信号源12产生中心频率f1为17.85GHz，带宽为300MHz，周期为50μs的线性调频信号，第二微波信号源13产生中心频率f2为27.1429GHz的信号。若n取5，m取3，通过第一光电探测器104拍频得到中心频率为11.5003GHz、15.6426GHz、27.1429GHz、38.6432GHz的信号，带宽依次为3GHz、3GHz、0、3GHz。通过带通电滤波器105将11.5003GHz(X波段)和15.6426GHz(Ku波段)的线性调频信号滤出作为雷达发射信号，如图8所示。需要说明的是，国际上规定的频段的频率范围：X波段：8-12GHz，Ku波段：12-18GHz。
实验中，探测目标为与两个发射天线11距离70cm的一对角反射体，设置两个角反射体之间的距离为5.5cm。接收到的目标回波信号通过去斜处理后获得的中频信号归一化功率谱如图9所示，图9中两个峰值对应的频率相差0.024MHz，代表测量出的两个角反射体之间的距离是5.99cm。需要说明的是，此处测量的角反射体之间的距离(5.99cm)略大于真实距离(5.5cm)，可能是由于电磁波散射的中心和角反射体的质心不一致。
还需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，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。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种微波光子多频段雷达发射装置，其特征在于，包括：
激光器，用于输出连续光信号，作为原始载波；
光频率转换模块，用于对所述原始载波进行相位调制以及滤波处理，得到p对带宽为nB1的光边带对，其中，p为大于或等于2的整数，nB1大于零，所述相位调制后频率最靠近所述原始载波频率的光边带为第m阶光边带，p对所述光边带对包括：所述相位调制后生成的第m阶至第m+p-1阶光边带；
第一光耦合器，用于将所述光频率转换模块输出的光信号分为两路，一路输入第一光电探测器，另一路作为参考光信号输出至雷达接收装置；
所述第一光电探测器，用于将所述p对带宽为nB1的光边带对转换为射频信号，所述射频信号包括：2p-1种带宽为2nB1的特征频段；以及
带通电滤波器，用于从2p-1种所述特征频段中滤出M个不同频段的射频信号，并分别将各频段的射频信号从相互独立的通道输出，以传输给相应频段的发射天线发射出去，其中，M为大于或等于2的整数。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光频率转换模块包括：
第一相位调制器，与所述激光器连接，用于通过外设的第一微波信号源输入的第一调制信号，对所述激光器输出的原始载波进行调制，其中，所述第一调制信号的带宽为B1；
双带通光滤波器，与所述第一相位调制器的输出端连接，用于对第一次调制后的光信号进行滤波处理，滤出其中的第n阶光边带对；
第二相位调制器，与所述双带通光滤波器的输出端连接，用于通过外设的第二微波信号源输入的第二调制信号，对所述双带通光滤波器滤出的光信号进行相位调制；
带通光滤波器，与所述第二相位调制器的输出端连接，用于对第二次调制后得到的光信号进行滤波处理，滤出所述p对带宽为nB1的光边带对。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述光频率转换模块还包括：
第一光放大器，连接在所述双带通光滤波器与所述第二相位调制器之间，用于对所述双带通光滤波器滤出的光信号进行放大；
第二光放大器，连接在所述带通光滤波器与所述第一光耦合器之间，用于对所述带通光滤波器滤出的光信号进行放大。
4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述带通光滤波器的带宽满足以下条件：
2(p-1)f2-2(nf1-mf2)+nB1＜Bf＜2pf2-2(nf1-mf2)-nB1
其中，Bf表示所述带通光滤波器的带宽，f1为所述第一调制信号的中心频率，f2为所述第二调制信号的中心频率。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，p等于2，所述特征频段有三种，三种特征频段的中心频率分别为：
f2-2(nf1-mf2)，2|nf1-mf2|，2f2-2(nf1-mf2)。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：功率放大器，所述功率放大器的输入端与所述带通电滤波器的输出端连接，用于将所述带通电滤波器输出的各个频段的射频信号进行功率放大，所述功率放大器的输出端用于连接相应频段的发射天线。
7.一种微波光子多频段雷达系统，其特征在于，包括：M个发射天线、M个接收天线、雷达接收装置以及权利要求1-6中任一项所述的雷达发射装置；
所述雷达发射装置分别与所述M个发射天线连接，所述雷达发射装置输出的M个射频信号的频段与所述M个发射天线的发射频段一一对应；
所述雷达接收装置分别与所述M个接收天线连接，所述M个接收天线的接收频段与所述M个发射天线的发射频段一一对应。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，M等于2。
9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述雷达接收装置包括：光延时线、电耦合器、第一低噪声放大器、马赫-曾德尔调制器、偏置点控制器、第二光耦合器、第二光电探测器、中频滤波器以及用于从接收到的信号中提取目标信息的信号处理器，
所述光延时线分别与所述马赫-曾德尔调制器以及所述雷达发射装置中的第一光耦合器连接；
所述马赫-曾德尔调制器还分别与所述偏置点控制器的输出端、所述第二光耦合器的输入端以及所述第一低噪声放大器的输出端连接，所述第一低噪声放大器的输入端与所述电耦合器的输出端连接，所述电耦合器的输入端与所述M个接收天线连接，所述第二光耦合器的第一路输出端依次经所述第二光电探测器、所述中频滤波器与所述信号处理器连接，所述第二光耦合器的第二路输出端与所述偏置点控制器的输入端连接。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述雷达接收装置还包括：第二低噪声放大器，所述第二低噪声放大器的输入端与所述第二光电探测器连接，所述第二低噪声放大器的输出端与所述中频滤波器连接。
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