CN116068541A - 基于真延时的微波光子相控阵雷达探测方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于真延时的微波光子相控阵雷达探测方法及系统,本发明在雷达发射端,基于光子倍频技术及光延时阵列实现宽带雷达发射信号的产生与延时分配,并基于发射/接收阵列同时将多个雷达发射信号发射;在雷达接收端,基于发射/接收阵列实现雷达回波信号的光域接收得到接收光信号,接收光信号通过光延时阵列实现时间对齐,时间对齐的接收光信号完成光电转换即可得到携带目标信息的中频信号;通过调节光载波信号波长可实现雷达波束扫描。本发明基于微波光子倍频技术及波长扫描真延时光控相控阵技术,可同时实现宽带微波光子雷达信号的产生与接收以及雷达波束扫描,可有效提高雷达系统目标探测精度。
Description
技术领域
本发明涉及一种雷达探测方法,尤其涉及一种基于真延时的微波光子相控阵雷达探测方法及系统。
背景技术
相对机械结构控制天线指向实现雷达波束扫描,相控阵雷达通过调整辐射单元之间的相位关系来实现天线波束扫描,具有波束扫描速度敏捷、精度高等优势。然而用电子器件实现相控阵天线单元的全电子控制系统存在较多问题,例如,电控移相器本身复杂性高以及损耗大(尤其在毫米波段)。其次,电控相控阵是通过控制信号的相位来延迟信号,导致不同频率的信号存在不同的时间延时,从而导致电控相控阵系统在宽带信号工作状态时存在波束指向偏斜的问题,限制电控相控阵雷达的宽带探测能力,直接影响雷达对目标成像、分辨、识别能力。近年来,微波光子技术(参见[J. Yao, "Microwave Photonics," Journalof Lightwave Technology, vol. 27, no. 3, pp. 314-335, 2009.])被广泛应用于雷达、通信及电子战系统中,通过光子技术解决传统电子技术瓶颈问题。例如,基于光子技术大带宽的优势,通过在光域对宽带信号进行真时延即可解决电控相控阵波束倾斜问题,可实现相控阵雷达的宽带宽角扫描,同时,结合光子倍频技术,可充分利用光子真延时低损耗、大带宽、抗电磁干扰等优势,推动相控阵雷达发展。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足,基于光纤延时阵列,通过改变光载波波长即可实现宽带光控相控阵的真延时调节,结合光纤延时阵列复用于接收光信号,再对复合接收光信号完成光电探测即可实现接收光信号的去调频与相干叠加,提出一种基于真延时的微波光子相控阵雷达探测方法及系统,从而可支持宽带雷达信号的连续波束扫描,提高雷达系统探测精度。
本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题:
一种基于真延时的微波光子相控阵雷达探测方法,同时具有微波光子技术和相控阵雷达技术的优势,在降低成本的同时提高雷达目标多维度信息探测能力。具体为:
在雷达发射端,基带扫频信号调制光载波信号得到包含高阶扫频边带的调制光信号,调制光信号分为两路,其中一路调制光信号分为M路作为参考光信号并分别送入M个发射/接收单元中,另一路调制光信号分为M路子调制光信号并分别送入光延时阵列的M根延时光纤中进行延时,延时后的M路子调制光信号分别送入发射/接收阵列的M个发射/接收单元中;M个发射/接收单元中具有相同的结构,其,进入每个发射/接收单元的子调制光信号完成光电转换并放大后得到雷达发射电信号送入天线进行发射;
在雷达接收端,雷达回波信号分别被M个发射/接收单元中的天线接收,其中,每个发射/接收单元的天线接收的雷达回波信号先放大,然后调制到对应参考光信号上得到雷达接收光信号,雷达接收光信号返回到光延时阵列对应延时光纤中实现延时,得到延时雷达接收光信号;M个延时雷达接收光信号合为一路复合接收光信号后放大、光电转换得到携带目标信息的中频信号,对该中频信号进行信号处理,得到探测目标信息;
通过调节光载波信号的波长可实现雷达波束扫描。
优选地,带扫频信号通过光子倍频单元调制光载波信号得到包含高阶扫频边带的调制光信号,所述光子倍频单元可以为马赫-曾德尔调制器、双平行马赫曾德尔调制器或其它光子倍频技术。
进一步地,所述光延时阵列中M根延时光纤长度均为Lt,其中第m根延时光纤由长度为(m-1)Lhd的高色散光纤与长度为Lt-(m-1)Lhd的低色散光纤组成,其中Lhd为高色散光纤组成单元的长度。
进一步地,所述通过调节光载波信号的波长可实现雷达波束扫描,具体为:当光载波信号的波长从λ变为时,送入第m根延时光纤的子调制光信号相对送入第m-1根延时光纤的子调制光信号经历的延时差,即M个雷达发射电信号相邻信号彼此延时差为,其中Dhd与Dld分别为高色散光纤与低色散光纤的色散系数;根据相控阵理论模型中雷达发射电信号相邻信号彼此延时差为与雷达波束角度θ的关系式,即可确定雷达波束扫描角度θ实现雷达波束扫描,其中d为相邻发射/接收单元中天线的间距,c为电磁波在大气中的速度。
进一步地,M个雷达接收光信号依次相差延时,返回到光延时阵列对应延时光纤中实现延时补偿后,得到M个时间对齐的延时雷达接收光信号。具体地,M个依次相差延时接收的雷达回波信号依次加载到参考光信号上得到M个依次相差延时雷达接收光信号,M个依次相差延时雷达接收光信号通过光延时阵列后可实现延时补偿,得到M个时间对齐的延时雷达接收光信号。
根据相同的发明思路还可以得到以下技术方案:
一种基于真延时的微波光子相控阵雷达探测系统,包括:
波长可调激光器,用于产生波长可调的光载波信号;
基带信号,用于产生基带扫频信号;
光子倍频单元,用于将基带扫频信号调制到波长可调的光载波信号上,得到包含高阶扫频边带的调制光信号;
第一光放大器,用于对光子倍频单元输出的调制光信号进行放大;
光耦合器,用于将调制光信号分为两路,并分别送入第一1×M功分器与第二1×M功分器;
第二1×M功分器,用于将调制光信号分为M路作为参考光信号并分别送入M个发射/接收单元中;
主光环形器,为三端口器件,第一光放大器的光输出端与光环形器的一端口连接,光环形器的二端口与第一1×M功分器的光输入端连接,光环形器的三端口与第二光放大器的输入端连接,用于将放大的调制光信号送入第一1×M功分器,并将第一1×M功分器返回的复合接收光信号送入第二光放大器;
第一1×M功分器,首先用于将调制光信号分为M路子调制光信号并分别送入光延时阵列的M根延时光纤中,其次用于将M个延时雷达接收光信号合为一路复合接收光信号并返回给主光环形器的二端口;
光延时阵列,由M根延时光纤组成,首先用于对M路子调制光信号分别实现不同延时,将延时后的M路子调制光信号分别送入发射/接收阵列的M个发射/接收单元中,其次用于对发射/接收阵列返回的M个雷达接收光信号分别实现不同延时,得到M个延时雷达接收光信号,并将M个延时雷达接收光信号依次送入第一1×M功分器的M个光端口;
发射/接收阵列,包含M个发射/接收单元,每个发射/接收单元用于将对应的延时后的子调制光信号转换为雷达发射信号进行发射,并基于光子接收技术对雷达回波信号进行接收,得到雷达接收光信号,并将雷达接收光信号分别返回到对应的光延时阵列的延时光纤中;
第二光放大器,用于对复合接收光信号进行放大,并将放大的复合接收光信号送给光电探测器;
光电探测器,用于将放大的复合光信号进行光电转换,得到中频信号;
信号采集与处理模块,用于对所述中频信号进行数据采集及雷达数字信号处理,提取出探测目标信息。
进一步地,所述发射/接收单元包括:子光环形器、功率放大器、电环形器、子光电探测器、天线、低噪声放大器和子马赫-曾德尔调制器;其中:
子光环形器为三端口器件,延时光纤光输出端与子光环形器的二端口连接,子光环形器的三端口与子光电探测器的光输入端连接,子光环形器的一端口与子马赫-曾德尔调制器的输出端连接,子光环形器用于将延时后的子调制光信号送入子光电探测器的输入端,并将子马赫-曾德尔调制器输出的雷达接收光信号送回光纤延时阵列对应延时光纤中;
子光电探测器,用于将子调制光信号转换为雷达探测信号;
功率放大器,用于将子光电探测器输出的雷达探测信号进行放大;
电环形器,为三端口电器件,一端口与功率放大器输出端连接,二端口与天线连接,三端口与低噪声放大器的输入端连接,用于将放大的雷达探测信号送入天线,并将天线接收的雷达回波信号送入低噪声放大器;
天线,用于将雷达探测信号进行发射,并接收雷达回波信号;
低噪声放大器,用于对雷达回波信号进行放大;
子马赫-曾德尔调制器,用于将放大的雷达回波信号调制到第M+1-m个发射/接收单元输出的子参考光信号上,得到雷达接收光信号。
优选地,所述光子倍频单元可以为马赫-曾德尔调制器、双平行马赫曾德尔调制器或其它光子倍频技术。
优选地,所述光延时阵列中M根延时光纤长度为Lt,其中第m根延时光纤由长度为(m-1)Lhd的高色散光纤与长度为Lt-(m-1)Lhd的低色散光纤组成,其中Lhd为高色散光纤组成单元的长度。
进一步地,所述M个依次相差延时接收的雷达回波信号依次加载到参考光信号上得到M个依次相差延时雷达接收光信号,M个依次相差延时雷达接收光信号通过光延时阵列后可实现延时补偿,得到M个时间对齐的延时雷达接收光信号。
相比现有技术,本发明技术方案具有以下有益效果:
1)本发明在信号产生部分基于光子倍频技术实现宽带雷达发射信号产生,同时在信号接收部分基于参考光信号对宽带雷达回波信号接收,有效提高相控阵雷达探测系统距离向探测分辨率。
2)本发明基于参考光信号重分配实现宽带雷达回波信号的接收,结合光纤延时阵列复用于接收光信号,在对复合接收光信号完成光电探测即可实现接收光信号的去调频与相干叠加。
3)本发明基于光纤延时阵列,通过改变光载波波长即可实现宽带光控相控阵的真延时调节,可支持宽带雷达信号的连续波束扫描。
附图说明
图1为本发明微波光子相控阵雷达探测系统的结构示意图;
图2为本发明微波光子相控阵雷达探测系统一个具体实施例的结构示意图;
图3为本发明微波光子相控阵雷达探测系统一个具体实施例发射/接收单元的结构示意图;
图4为本发明微波光子相控阵雷达探测系统一个具体实施例相控阵天线原理示意图;
图5为本发明微波光子相控阵雷达探测系统一个具体实施例不同节点信号分布示意图;其中,图5中的A是M个雷达发射光信号时序分布图;图5中的B是M个天线发射雷达发射信号的时序分布图;图5中的C是M个天线接收雷达回波信号的时序分布图;图5中的D是M个雷达接收光信号时序分布图;图5中的E是M个雷达接收光信号延时后的时序分布图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明,其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时,除非另有表示,不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反,它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。
在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的,而非旨在限制本申请。
在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式,除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解,本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
应当理解,尽管在本申请可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息,但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如,在不脱离本申请范围的情况下,第一信息也可以被称为第二信息,类似地,第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境,如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。
本发明在雷达发射端,基于光子倍频技术及光延时阵列实现宽带雷达发射信号的产生与延时分配,并基于发射/接收阵列同时将多个雷达发射信号发射;在雷达接收端,基于发射/接收阵列实现雷达回波信号的光域接收得到接收光信号,接收光信号通过光延时阵列实现时间对齐,时间对齐的接收光信号完成光电转换即可得到携带目标信息的中频信号。
具体地,本发明的一种基于真延时的微波光子相控阵雷达探测系统,如图1所示,包括波长可调激光器、光子倍频单元、基带信号、第一光放大器、光耦合器、主光环形器、第一1×M功分器、第二1×M功分器、光延时阵列、发射/接收阵列、第二光放大器、光电探测器、以及信号采集与处理模块。其中:光延时阵列包含M根延时光纤,发射/接收阵列包含M个发射/接收单元,主光环形器,为三端口器件,第一光放大器的光输出端与光耦合器的输入端连接,光耦合器的一输出端与光环形器的一端口连接,光环形器的二端口与第一1×M功分器的光输入端连接,光环形器的三端口与第二光放大器的输入端连接,第一1×M功分器的M个光输出端分别与对应的延时光纤的输入端连接,M根延时光纤的光输出端分别与对应的发射/接收单元的输入/输出端口连接,第二1×M功分器的光输入端与光耦合器的另一输出端连接,第二1×M功分器的M个光输出端分别与对应的发射/接收单元的另一输入端口连接。
首先,在雷达发射端,波长可调激光器产生波长可调的光载波信号,基带信号产生的基带扫频信号调制输入光子倍频单元的光载波信号得到包含高阶扫频边带的调制光信号,调制光信号经过第一光放大器放大后通过光耦合器分为两路,其中一路调制光信号送入第二1×M功分器分为M路参考光信号并分别送入M个发射/接收单元中,另一路调制光信号通过主光环形器送入第一1×M功分器,第一1×M功分器将调制光信号分为M路子调制光信号并分别送入光延时阵列的M根延时光纤中,延时后的M路子调制光信号分别送入发射/接收阵列的M个发射/接收单元中;M个发射/接收单元中具有相同的结构,以第m个发射/接收单元为例,进入第m个发射/接收单元的子调制光信号完成光电转换并放大,再送入天线进行发射,其余发射/接收单元执行相同的操作,共得到M个雷达发射电信号。
在雷达接收端,雷达回波信号分别被M个发射/接收单元中的天线接收,以第m个发射/接收单元为例,天线接收的雷达回波信号先进行放大,放大的雷达回波信号调制到参考光信号上得到雷达接收光信号,雷达接收光信号返回到光延时阵列对应延时光纤中实现延时,得到延时雷达接收光信号;其余发射/接收单元执行相同的操作,共得到M个延时雷达接收光信号;M个延时雷达接收光信号通过1×M功分器合为一路复合接收光信号后通过主光环形器送入第二光放大器中进行放大,放大的复合接收光信号完成光电转换得到携带目标信息的中频信号,对该中频信号进行信号处理,得到探测目标信息。
通过调节波长可调激光器的波长可实现雷达波束扫描。
为了便于公众理解,下面通过一个具体实施例来对本发明的技术方案进行进一步详细说明:
如图2所示,本实施例的雷达探测系统包括:1个波长可调激光器、1个马赫-曾德尔调制器MZM、1个基带信号、1个第一光放大器、1个光耦合器、1个主光环形器、1个第一1×M功分器、1个光延时阵列、1个发射/接收阵列、1个第二1×M功分器、1个第二光放大器、1个光电探测器、1个信号采集与处理模块。
需要说明的是,所述光子倍频单元可以为马赫-曾德尔调制器、双平行马赫曾德尔调制器、其它光子倍频技术,本实施例优选马赫-曾德尔调制器。
进一步地,所述发射/接收阵列由M个发射/接收单元组成,如图3所示,每个发射/接收单元包括:1个子光环形器、1个光耦合器、1个子光电探测器(PD)、1个功率放大器(PA)、1个电环形器、1个天线、1个低噪声放大器(LNA)、1个子马赫-曾德尔调制器(MZM)。M个发射/接收单元中天线分布如图4所示。其中子光环形器的二端口作为发射/接收单元的输入/输出端口,子光环形器的一端口与子马赫-曾德尔调制器的输出端连接,子光环形器的三端口与子光电探测器的输入端连接,子光电探测器的输出端与功率放大器的输入端连接,功率放大器的输出端与电环形器的一端口连接,电环形器的二端口与天线连接,电环形器的三端口与低噪声放大器的输入端连接,低噪声放大器的输出端与子马赫-曾德尔调制器的输入端连接,子马赫-曾德尔调制器的另一输入端作为对应的发射/接收单元的另一输入端口。
首先基带信号产生的基带扫频信号通过马赫-曾德尔调制器对波长可调激光器输出的频率为fc的光载波信号实现抑制载波调制,在马赫-曾德尔调制器输出端得到包含正负一阶调制边带的调制光信号,设基带扫频信号的瞬时频率fLFM(t)为:
其中f0为基带扫频信号的起始频率,T为其周期,k=B/T为其调频斜率,B是基带扫频信号的带宽,则调制光信号s(t)Mt可以表示为:
其中A1与A-1分别为正、负一阶调制边带的幅度。调制光信号通过第一光放大器放大后通过主光环形器送入第一1×M功分器,第一1×M功分器将调制光信号分为M路子调制光信号并分别送入光延时阵列的M根延时光纤中,所述光延时阵列中M根延时光纤长度为Lt,其中第m根延时光纤由长度为(m-1)Lhd的高色散光纤与长度为Lt-(m-1)Lhd的低色散光纤组成,其中Lhd为高色散光纤组成单元的长度。当光载波信号的波长从λ变为时,送入第m根延时光纤的子调制光信号相对送入第m-1根延时光纤的子调制光信号经历的延时差,即M个雷达发射电信号相邻信号彼此延时差为,其中Dhd与Dld分别为高色散光纤与低色散光纤的色散系数;根据相控阵理论模型中雷达发射电信号相邻信号彼此延时差为与雷达波束角度θ的关系式确定雷达波束扫描角度θ实现雷达波束扫描,其中d为相邻发射/接收单元中天线的间距,c为电磁波在大气中的速度。延时后的M路子调制光信号时序分布图如图5中的A所示,可以表示为:
其中Am1与A-m1分别为第m路子调制光信号的正、负一阶调制边带的幅度,为相邻两根光纤的延时差。延时后的M路子调制光信号分别送入M个发射/接收单元,M个发射/接收单元中具有相同的结构,以第m个发射/接收单元为例,进入第m个发射/接收单元的调制光信号通过子光环形器后送入子光电探测器完成光电转换并通过功率放大器放大后,通过电环形器送入天线进行发射,其余发射/接收单元执行相同的操作,共得到M个雷达发射电信号s(t)ET可以表示为:
其中AmET为第m个天线发射的雷达发射信号幅度,雷达发射信号时序分布图如图5中的B所示。雷达发射信号遇到目标后发生发射得到雷达回波信号,雷达回波信号返回天线并被接收。当目标为单点目标时,假设天线接收的雷达回波信号相对天线发射的雷达发射信号时延为τ,则M个天线接收的雷达回波信号s(t)ER可以表示为:
其中AmER为第m个天线接收的雷达回波信号幅度,雷达回波信号时序分布图如图5中的C所示。以第m个发射/接收单元为例,天线接收的雷达回波信号通过电环形器后通过低噪声放大器进行放大,放大的雷达回波信号通过子马赫-曾德尔调制器调制到相应参考光信号上得到雷达接收光信号,雷达接收光信号中,以参考光信号正一阶边带为载波的调制光信号的负一阶边带与参考光信号负一阶边带靠近,同时以参考光信号负一阶边带为载波的调制光信号的正一阶边带与参考光信号正一阶边带靠近,雷达接收光信号时序分布图如图5中的D所示。雷达接收光信号通过子光环形器返回到光延时阵列对应延时光纤中实现延时,M个依次相差延时雷达接收光信号通过光延时阵列后可实现延时补偿,得到M个时间对齐的延时雷达接收光信号,延时雷达接收光信号时序分布图如图5中的E所示。M个延时雷达接收光信号通过第一1×M功分器合为一路复合接收光信号,复合接收光信号通过主光环形器送入第二光放大器中进行放大,放大的复合接收光信号完成光电转换得到携带目标信息的中频信号,中频信号s(t)IF可以表示为
对该中频信号进行信号处理,得到探测目标信息。
最后。需要注意的是,以上列举的仅是本发明的具体实施例。本发明不限于以上实施例,还可以有很多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容中直接导出或联想到的所有变形,均应认为是本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于真延时的微波光子相控阵雷达探测方法,其特征在于,
在雷达发射端,基带扫频信号调制光载波信号得到包含高阶扫频边带的调制光信号,调制光信号分为两路,其中一路调制光信号分为M路作为参考光信号并分别送入M个发射/接收单元中,另一路调制光信号分为M路子调制光信号并分别送入光延时阵列的M根延时光纤中进行延时,延时后的M路子调制光信号分别送入发射/接收阵列的M个发射/接收单元中;M个发射/接收单元具有相同的结构,其中,进入每个发射/接收单元的子调制光信号完成光电转换并放大后得到雷达发射电信号送入天线进行发射;
在雷达接收端,雷达回波信号分别被M个发射/接收单元中的天线接收,其中,每个发射/接收单元的天线接收的雷达回波信号先放大,然后调制到对应参考光信号上得到雷达接收光信号,雷达接收光信号返回到光延时阵列对应延时光纤中实现延时,得到延时雷达接收光信号;M个延时雷达接收光信号合为一路复合接收光信号后放大、光电转换得到携带目标信息的中频信号,对该中频信号进行信号处理,得到探测目标信息;
其中,通过调节光载波信号的波长实现雷达波束扫描。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,基带扫频信号通过光子倍频单元调制光载波信号得到包含高阶扫频边带的调制光信号,所述光子倍频单元为马赫-曾德尔调制器或双平行马赫曾德尔调制器。
3.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述光延时阵列中M根延时光纤长度均为Lt,其中第m根延时光纤由长度为(m-1)Lhd的高色散光纤与长度为Lt-(m-1)Lhd的低色散光纤组成,其中Lhd为高色散光纤组成单元的长度。
6.一种基于真延时的微波光子相控阵雷达探测系统,其特征在于,包括:
波长可调激光器,用于产生波长可调的光载波信号;
基带信号,用于产生基带扫频信号;
光子倍频单元,用于将基带扫频信号调制到波长可调的光载波信号上,得到包含高阶扫频边带的调制光信号;
第一光放大器,用于对光子倍频单元输出的调制光信号进行放大;
光耦合器,用于将调制光信号分为两路,并分别送入第一1×M功分器与第二1×M功分器;
第二1×M功分器,用于将调制光信号分为M路作为参考光信号并分别送入M个发射/接收单元中;
主光环形器,为三端口器件,第一光放大器的光输出端与主光环形器的一端口连接,主光环形器的二端口与第一1×M功分器的光输入端连接,主光环形器的三端口与第二光放大器的输入端连接;
第一1×M功分器,用于将调制光信号分为M路子调制光信号并分别送入光延时阵列的M根延时光纤中,用于将M个延时雷达接收光信号合为一路复合接收光信号并返回给主光环形器的二端口;
光延时阵列,由M根延时光纤组成;
发射/接收阵列,包含M个发射/接收单元,每个发射/接收单元用于将对应的延时后的子调制光信号转换为雷达发射信号进行发射,并基于光子接收技术对雷达回波信号进行接收,得到雷达接收光信号;
第二光放大器,用于对复合接收光信号进行放大,并将放大的复合接收光信号送给光电探测器;
光电探测器,用于将放大的复合光信号进行光电转换,得到中频信号;
信号采集与处理模块,用于对所述中频信号进行数据采集及雷达数字信号处理,提取出探测目标信息。
7.如权利要求6所述的系统,其特征在于,所述发射/接收单元,包括:子光环形器、功率放大器、电环形器、子光电探测器、天线、低噪声放大器和子马赫-曾德尔调制器;子光环形器为三端口器件,延时光纤光输出端与子光环形器的二端口连接,子光环形器的三端口与子光电探测器的光输入端连接,子光环形器的一端口与子马赫-曾德尔调制器的输出端连接,子光环形器用于将延时后的子调制光信号送入子光电探测器的输入端,并将子马赫-曾德尔调制器输出的雷达接收光信号送回光纤延时阵列对应延时光纤中;
子光电探测器,用于将子调制光信号转换为雷达探测信号;
功率放大器,用于将子光电探测器输出的雷达探测信号进行放大;
电环形器,为三端口电器件,一端口与功率放大器输出端连接,二端口与天线连接,三端口与低噪声放大器的输入端连接,用于将放大的雷达探测信号送入天线,并将天线接收的雷达回波信号送入低噪声放大器;
天线,用于将雷达探测信号进行发射,并接收雷达回波信号;
低噪声放大器,用于对雷达回波信号进行放大;
子马赫-曾德尔调制器,用于将放大的雷达回波信号调制到第M+1-m个发射/接收单元输出的子参考光信号上,得到雷达接收光信号。
8.如权利要求6所述的系统,其特征在于,所述光子倍频单元为马赫-曾德尔调制器或双平行马赫曾德尔调制器。
9.如权利要求6所述的系统,其特征在于,所述光延时阵列中M根延时光纤长度均为Lt,其中第m根延时光纤由长度为(m-1)Lhd的高色散光纤与长度为Lt-(m-1)Lhd的低色散光纤组成,其中Lhd为高色散光纤组成单元的长度。
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN117554972A (zh) * | 2023-06-20 | 2024-02-13 | 之江实验室 | 多波束微波光子相控阵雷达探测方法和系统 |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6337660B1 (en) * | 1993-09-17 | 2002-01-08 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Fiber optic true time-delay array antenna feed system |
CN103580752A (zh) * | 2012-08-07 | 2014-02-12 | 北京邮电大学 | 光学真延时装置及光控波束形成网络系统 |
CN103941235A (zh) * | 2014-02-26 | 2014-07-23 | 上海交通大学 | 全光控相控阵雷达发射机 |
CN109613510A (zh) * | 2019-01-21 | 2019-04-12 | 杭州光预科技有限公司 | 用于小目标探测或实时跟踪成像的微波光子雷达实现方法及系统 |
CN111751812A (zh) * | 2020-06-03 | 2020-10-09 | 之江实验室 | 一种微波光子时分复用mimo雷达探测方法及系统 |
CN112924968A (zh) * | 2021-01-26 | 2021-06-08 | 中国科学院空天信息创新研究院 | 基于光子去调频接收技术的脉冲体制sar系统 |
CN114280588A (zh) * | 2021-11-24 | 2022-04-05 | 中国人民解放军空军预警学院 | 一种微波光子多频段阵列雷达实现方法与系统 |
-
2023
- 2023-04-06 CN CN202310358769.XA patent/CN116068541A/zh active Pending
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6337660B1 (en) * | 1993-09-17 | 2002-01-08 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Fiber optic true time-delay array antenna feed system |
CN103580752A (zh) * | 2012-08-07 | 2014-02-12 | 北京邮电大学 | 光学真延时装置及光控波束形成网络系统 |
CN103941235A (zh) * | 2014-02-26 | 2014-07-23 | 上海交通大学 | 全光控相控阵雷达发射机 |
CN109613510A (zh) * | 2019-01-21 | 2019-04-12 | 杭州光预科技有限公司 | 用于小目标探测或实时跟踪成像的微波光子雷达实现方法及系统 |
CN111751812A (zh) * | 2020-06-03 | 2020-10-09 | 之江实验室 | 一种微波光子时分复用mimo雷达探测方法及系统 |
CN112924968A (zh) * | 2021-01-26 | 2021-06-08 | 中国科学院空天信息创新研究院 | 基于光子去调频接收技术的脉冲体制sar系统 |
CN114280588A (zh) * | 2021-11-24 | 2022-04-05 | 中国人民解放军空军预警学院 | 一种微波光子多频段阵列雷达实现方法与系统 |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
李冬文等: "光控相控阵雷达中的真延时技术", 《激光与光电子学发展》, vol. 43, no. 3 * |
陈小利等: "基于真延时的时控阵雷达波束形成方法", 《数据采集与处理》, vol. 28, no. 4 * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN117554972A (zh) * | 2023-06-20 | 2024-02-13 | 之江实验室 | 多波束微波光子相控阵雷达探测方法和系统 |
CN117554972B (zh) * | 2023-06-20 | 2024-04-30 | 之江实验室 | 多波束微波光子相控阵雷达探测方法和系统 |
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