CN116466354A - 波段可重构微波光子雷达探测方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种波段可重构微波光子雷达探测方法和系统，其中，该波段可重构微波光子雷达探测方法包括：通过光频梳源和光滤波单元在光域选通所需频率间隔的光梳齿信号，得到不同频率的第一光梳齿信号和第二光梳齿信号。将调制后的第一光梳齿信号分为两路，一路作为参考光信号，另一路与一路第二光梳齿信号融合为发射光信号，并转换为雷达探测信号发射到目标空间。进一步地，将返回的目标回波信号调制到另一路第二光梳齿信号上得到接收光信号，接收光信号与参考光信号实现相干接收，得到携带目标信息的中频信号，通过本申请，解决了无法灵活调节雷达工作波段的问题，实现了避免雷达系统的探测范围受限。
Description
技术领域
本申请涉及雷达探测技术领域，特别是涉及波段可重构微波光子雷达探测方法和系统。
背景技术
雷达探测技术作为一种全天时、全天候、远距离的信息获取手段，广泛应用于防空预警、精确制导以及无人驾驶等军事和民用领域。传统雷达以电子为载体实现信号的产生和处理，其频率较低、带宽有限且角分辨率低，难以对目标进行精细探测，其中雷达的高频宽带发展受限于目前的电子技术瓶颈。
随着微波光子技术的快速发展，微波信号的光域产生、传输与处理可以解决传统电域无法处理的问题。因此，目前的雷达探测方法，通过光子混频以及光子倍频等光子技术，实现信号的产生与接收，以此降低雷达的传输损耗，并有效提高抗电磁干扰等技术性能。但是，当前探测方法所产生的雷达发射信号波段不可重构，从而无法灵活调节雷达工作波段，导致雷达系统的探测范围受限。
针对相关技术中存在无法灵活调节雷达工作波段的问题，目前还没有提出有效的解决方案。
发明内容
在本实施例中提供了一种波段可重构微波光子雷达探测方法和系统，以解决相关技术中存在无法灵活调节雷达工作波段的问题。
第一个方面，在本实施例中提供了一种波段可重构微波光子雷达探测方法，所述方法包括：
将光频梳源产生的光频梳信号送入光滤波单元，分别滤出一路第一光梳齿信号与另一路第二光梳齿信号并放大；所述第一光梳齿信号经放大后送入双平行马赫曾德尔调制器，并通过基带信号源产生的线性调频信号，对放大后的第一光梳齿信号进行抑制载波单边带调制，得到对应的调制光信号；所述调制光信号分为两路，一路作为参考光信号送入相干接收模块，所述第二光梳齿信号经放大后分为两路，将一路第二光梳齿信号与另一路调制光信号融合，得到对应的发射光信号，对所述发射光信号进行光电转化并放大，得到波段可重构的雷达探测信号并通过天线发射到目标空间中；
所述雷达探测信号经目标反射后返回目标回波信号，所述目标回波信号经放大后对送入马赫曾德尔调制器的另一路第二光梳齿信号进行双边带调制，得到接收光信号并送入所述相干接收模块，对所述参考光信号与所述接收光信号进行相干接收，得到包含目标信息的中频信号。
在其中的一些实施例中，所述光频梳源为飞秒激光器、主动/被动锁模激光器、光频梳产生器、微谐振腔或单频信号外调制电光调制器。
在其中的一些实施例中，所述将光频梳源产生的光频梳信号送入光滤波单元，分别滤出一路第一光梳齿信号与另一路第二光梳齿信号并放大，包括：
通过所述光频梳源产生中心频率为fc、频率间隔为f的光频梳信号，并将所述光频梳信号送入所述光滤波单元；所述光滤波单元为波束整形器、光滤波器或波分复用器；
通过所述光滤波单元对所述光梳齿信号进行光滤波，滤出一路频率为fc+Nf的第一光梳齿信号送入第一掺铒光纤放大器进行光放大，滤出另一路频率为fc-M/>f的第二光梳齿信号送入第二掺铒光纤放大器进行光放大；其中M和N为非负整数。
在其中的一些实施例中，所述将一路第二光梳齿信号与另一路调制光信号融合得到发射光信号，对所述发射光信号进行光电转化并放大，得到波段可重构的雷达探测信号，包括：
将一路第二光梳齿信号与另一路调制光信号在光域进行融合，得到所述发射光信号，并将所述发射光信号送入光电探测器；
对所述发射光信号进行光电转化，得到与所述发射光信号对应的电信号；
将所述电信号送入功率放大器进行放大，得到所述波段可重构的雷达探测信号。
在其中的一些实施例中，所述波段可重构的雷达探测信号的频率为（M+N）f；其中M和N为非负整数，且根据实际需求确定所述M和N的取值。
在其中的一些实施例中，所述目标回波信号经放大后对送入马赫曾德尔调制器的另一路第二光梳齿信号进行双边带调制，得到接收光信号，包括：
通过低噪声放大器放对所述目标回波信号进行放大；
将放大后的目标回波信号加载到所述马赫曾德尔调制器上，对送入所述马赫曾德尔调制器的另一路第二光梳齿信号进行双边带调制，得到所述接收光信号。
第二个方面，在本实施例中提供了一种波段可重构微波光子雷达探测系统，所述系统包括：
光频梳源，用于生成光频梳信号；
光滤波单元，用于从所述光频梳信号中，滤出一路频率为fc+Nf的第一光梳齿信号送入第一掺铒光纤放大器，以及另一路频率为fc-M/>f的第二光梳齿信号送入第二掺铒光纤放大器；
第一掺铒光纤放大器，用于将所述第一光梳齿信号放大，并送入双平行马赫曾德尔调制器；
第二掺铒光纤放大器，用于将所述第二光梳齿信号放大，并送入第一光耦合器；
基带信号源，用于产生线性调频信号加载至双平行马赫曾德尔调制器；
双平行马赫曾德尔调制器，用于将所述线性调频信号调制到放大后的第一光梳齿信号上，得到对应的调制光信号，并送入第二光耦合器；
第一光耦合器，用于将放大后的第二光梳齿信号分为两路，一路送入马赫曾德尔调制器，另一路送入第三光耦合器的一个输入端；
第二光耦合器，用于将调制光信号分为两路，一路送入第三光耦合器的另一个输入端，另一路作为参考光信号送入相干接收模块；
第三光耦合器，用于对一路放大后的第二光梳齿信号和一路调制光信号进行融合，得到对应的发射光信号；
光电探测器，用于对所述发射光信号进行光电转化，得到对应的电信号；
功率放大器，用于对所述电信号进行放大，得到波段可重构的雷达探测信号；
发射天线，用于将所述雷达探测信号发射到目标空间；
接收天线，用于接收从所述目标空间返回的目标回波信号；
低噪声放大器，用于将目标回波信号放大并加载到马赫曾德尔调制器上；
马赫曾德尔调制器，用于将放大后的目标回波信号调制到另一路放大后的第二光梳齿信号上，得到对应的接收光信号；
相干接收模块，用于将所述参考光信号与所述接收光信号进行相干接收，得到包含目标信息的中频信号。
在其中的一些实施例中，所述光频梳源为飞秒激光器、主动锁模激光器、被动锁模激光器、光频梳产生器、微谐振腔或单频信号外调电光调制器。
在其中的一些实施例中，所述光滤波单元为波束整形器、光滤波器或波分复用器。
在其中的一些实施例中，所述系统还包括雷达信号处理模块，用于通过相关雷达算法对所述中频信号进行处理，得到所述目标信息。
与相关技术相比，在本实施例中提供的一种波段可重构微波光子雷达探测方法和系统，通过从光频梳信号中，滤出一路第一光梳齿信号与另一路第二光梳齿信号并放大，通过线性调频信号对放大后的第一光梳齿信号进行抑制载波单边带调制，得到对应的调制光信号；调制光信号分为两路，将一路第二光梳齿信号与一路调制光信号融合得到发射光信号，对发射光信号进行光电转化并放大，得到波段可重构的雷达探测信号并发射至目标空间；接收返回的目标回波信号，通过放大后的目标回波信号对另一路第二光梳齿信号进行双边带调制，得到接收光信号；进一步地，对参考光信号与接收光信号进行相干接收，得到包含目标信息的中频信号，解决了无法灵活调节雷达工作波段的问题，实现了避免雷达系统的探测范围受限。
本申请的一个或多个实施例的细节在以下附图和描述中提出，以使本申请的其他特征、目的和优点更加简明易懂。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1是本申请一实施例提供的波段可重构微波光子雷达探测系统的结构框图；
图2是本申请一实施例提供的波段可重构微波光子雷达探测方法的信号频谱图；
图3是本申请一优选实施例提供的波段可重构微波光子雷达探测系统的结构框图。
图中：101、光频梳源；102、光滤波单元；103、第一掺铒光纤放大器；104、第二掺铒光纤放大器；105、基带信号源；106、双平行马赫曾德尔调制器；107、第一光耦合器；108、第二光耦合器；109、第三光耦合器；110、光电探测器；111、功率放大器；112、发射天线；113、接收天线；114、低噪声放大器；115、马赫曾德尔调制器；116、相干接收模块；117、雷达信号处理模块；301、锁模激光器；302、波束整形器。
具体实施方式
为更清楚地理解本申请的目的、技术方案和优点，下面结合附图和实施例，对本申请进行了描述和说明。
除另作定义外，本申请所涉及的技术术语或者科学术语应具有本申请所属技术领域具备一般技能的人所理解的一般含义。在本申请中的“一”、“一个”、“一种”、“该”、“这些”等类似的词并不表示数量上的限制，它们可以是单数或者复数。在本申请中所涉及的术语“包括”、“包含”、“具有”及其任何变体，其目的是涵盖不排他的包含；例如，包含一系列步骤或模块（单元）的过程、方法和系统、产品或设备并未限定于列出的步骤或模块（单元），而可包括未列出的步骤或模块（单元），或者可包括这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或模块（单元）。在本申请中所涉及的“连接”、“相连”、“耦接”等类似的词语并不限定于物理的或机械连接，而可以包括电气连接，无论是直接连接还是间接连接。在本申请中所涉及的“多个”是指两个或两个以上。“和/或”描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。通常情况下，字符“/”表示前后关联的对象是一种“或”的关系。在本申请中所涉及的术语“第一”、“第二”、“第三”等，只是对相似对象进行区分，并不代表针对对象的特定排序。
在本实施例中提供了一种波段可重构微波光子雷达探测方法，适用于如图1所示的波段可重构微波光子雷达探测系统，该方法包括如下步骤：
将光频梳源产生的光频梳信号送入光滤波单元，分别滤出一路第一光梳齿信号与另一路第二光梳齿信号并放大；第一光梳齿信号经放大后送入双平行马赫曾德尔调制器，并通过基带信号源产生的线性调频信号，对放大后的第一光梳齿信号进行抑制载波单边带调制，得到对应的调制光信号；调制光信号分为两路，一路作为参考光信号送入相干接收模块，第二光梳齿信号经放大后分为两路，将一路第二光梳齿信号与另一路调制光信号融合，得到对应的发射光信号，对发射光信号进行光电转化并放大，得到波段可重构的雷达探测信号并通过天线发射到目标空间中；
雷达探测信号经目标反射后返回目标回波信号，目标回波信号经放大后对送入马赫曾德尔调制器的另一路第二光梳齿信号进行双边带调制，得到接收光信号并送入相干接收模块，对参考光信号与接收光信号进行相干接收，得到包含目标信息的中频信号。
其中，光频梳源可以为飞秒激光器、主动/被动锁模激光器、光频梳产生器、微谐振腔或单频信号外调制电光调制器等用于产生光频梳信号的装置。
进一步地，在相干接收得到包含目标信息的中频信号后，可以通过相关雷达算法对中频信号进行处理，以最终获取相应的目标信息。
目前的雷达探测方法，通过光子混频以及光子倍频等光子技术，实现信号的产生与接收，以此降低雷达的传输损耗，并有效提高抗电磁干扰等技术性能。但是，当前探测方法所产生的雷达发射信号波段不可重构，从而无法灵活调节雷达工作波段，导致雷达系统的探测范围受限。
而本申请在现有技术的基础上，基于光频梳的丰富频谱特性，通过选频实现雷达信号的工作波段调节，并结合光载射频技术使得雷达工作带宽灵活可调，不受光频梳重复频率的限制，从而解决了无法灵活调节雷达工作波段的问题，实现了避免雷达系统的探测范围受限。
此外，基于光子相干接收技术，对返回的目标回波信号进行相干接收，可实现目标回波信号的实时正交去斜，在系统灵活可调的基础上，有效提高抗干扰性能。
在其中的一些实施例中，将光频梳源产生的光频梳信号送入光滤波单元，分别滤出一路第一光梳齿信号与另一路第二光梳齿信号并放大，包括：
通过光频梳源产生中心频率为fc、频率间隔为f的光频梳信号，并将光频梳信号送入光滤波单元；光滤波单元为波束整形器、光滤波器或波分复用器；
通过光滤波单元对光梳齿信号进行光滤波，滤出一路频率为fc+Nf的第一光梳齿信号送入第一掺铒光纤放大器进行光放大，滤出另一路频率为fc-M/>f的第二光梳齿信号送入第二掺铒光纤放大器进行光放大；其中M和N为非负整数。
具体地，将光频梳信号送入光滤波单元，根据雷达的实际工作需求，通过光滤波单元从光频梳信号中滤出两路不同频率的光频梳信号。其中一路是频率为fc+Nf的第一光梳齿信号，另一路是频率为fc-M/>f的第二光梳齿信号，且N和M为非负整数，即N=0,1,2,3……，M=0,1,2,3……。
需要知道的是，本实施例中光滤波单元为用于滤出不同频率光梳齿信号的模块或器件，包括但不限于波束整形器、光滤波器或波分复用器。
通过本实施例，将光频梳源产生的光频梳信号送入光滤波单元，分别滤出一路第一光梳齿信号与另一路第二光梳齿信号，从而能够基于光频梳的丰富频谱特性，通过选频实现雷达信号的工作波段调节。
在其中的一些实施例中，将一路第二光梳齿信号与另一路调制光信号融合得到发射光信号并送入光电探测器，对发射光信号进行光电转化并放大，得到波段可重构的雷达探测信号，包括：
将一路第二光梳齿信号与另一路调制光信号在光域进行融合，得到发射光信号，并将发射光信号送入光电探测器；
对发射光信号进行光电转化，得到与发射光信号对应的电信号；
将电信号送入功率放大器进行放大，得到波段可重构的雷达探测信号。
具体地，将放大后的第二光梳齿信号送入第一光耦合器，并将第二光梳齿信号分为两路，其中一路第二光梳齿信号送入第三光耦合器的一个输入端；将调制光信号送入第二光耦合器并分为两路，其中一路调制光信号送入第三光耦合器的另一个输入端。
进一步地，在第三光耦合器中，对一路第二光梳齿信号与一路调制光信号在光域进行融合，得到对应的发射光信号，并将发射光信号送入光电探测器。
在光电探测器中，对发射光信号进行光电转化，得到与发射光信号对应的电信号，并将电信号送入功率放大器进行放大，得到波段可重构的雷达探测信号。
需要知道的是，波段可重构的雷达探测信号的频率为（M+N）f；其中M和N为非负整数，且根据实际需求确定M和N的取值，即可通过光滤波单元选通光频梳源的任意两根梳齿，实现雷达探测信号波段的重构。
通过本实施例，将一路第二光梳齿信号与一路调制光信号融合得到发射光信号，对发射光信号进行光电转化并放大，得到波段可重构的雷达探测信号，从而可灵活实现雷达信号的工作波段调节。
在其中的一些实施例中，通过放大后的目标回波信号，对送入马赫曾德尔调制器的另一路第二光梳齿信号进行双边带调制，得到对应的接收光信号，包括：
通过低噪声放大器放对目标回波信号进行放大；
将放大后的目标回波信号加载到马赫曾德尔调制器上，对送入马赫曾德尔调制器的另一路第二光梳齿信号进行双边带调制，得到接收光信号。
具体地，将接收到的目标回波信号送入低噪声放大器放，对目标回波信号进行放大，并将放大后的目标回波信号加载到马赫曾德尔调制器。
进一步地，其中一路第二光梳齿信号送入上述马赫曾德尔调制器，通过放大后的目标回波信号，对该路第二光梳齿信号进行双边带调制，得到对应的接收光信号。
通过本实施例，通过放大后的目标回波信号，对送入马赫曾德尔调制器的另一路第二光梳齿信号进行双边带调制，得到对应的接收光信号，从而在光域可实现参考光信号与接收光信号的相干接收。
下面通过具体实施例对本申请的技术方案进行描述和说明。
首先，将光频梳源生成的光频梳信号送入光滤波单元，该光频梳信号频谱如图2的A所示。通过光滤波单元，从光频梳信号中滤出两路不同频率的光频梳信号，其中一路是频率为fc+Nf的第一光梳齿信号，且第一光梳齿信号频谱如图2的B所示，另一路是频率为fc-M/>f的第二光梳齿信号，且第二光梳齿信号频谱如图2的C所示，而N和M为非负整数，即N=0,1,2,3……，M=0,1,2,3……。
将第一光梳齿信号送入第一掺铒光纤放大器，对第一光梳齿信号进行放大，并将放大后的第一光梳齿信号送入双平行马赫曾德尔调制器。在双平行马赫曾德尔调制器中，通过线性调频信号对放大后的第一光梳齿信号进行载波抑制单边带调制，即将线性调频信号调制到放大后的第一光梳齿信号上，得到对应的调制光信号，且调制光信号频谱如图2的D所示。而调制光信号的时域SM(t)可以表示为：
其中，AM为调制光信号的幅度，t为调制光信号的时间，fc为光频梳信号的中心频率，f为光频梳信号的频率间隔，f0为线性调频信号的起始频率，k为线性调频信号的调频斜率。
需要知道的是，通过基带信号源生成线性调频信号，并将该线性调频信号加载到双平行马赫曾德尔调制器。线性调频信号指的是持续期间频率连续线性变化的信号，该信号的频率是时间的线性函数，且瞬时频率fLFM(t)为：
其中，t为线性调频信号的时间，f0为线性调频信号的起始频率，k为线性调频信号的调频斜率，T为线性调频信号的周期。
进一步地，将调制光信号分为两路，其中一路调制光信号作为参考光信号送入相干接收模块的一个输入端，另一路调制光信号送入第三光耦合器；将频率为fc-Mf的第二光梳齿信号送入第二掺铒光纤放大器进行放大，并将放大后的第二光梳齿信号分为两路，其中一路与另一路调制光信号进行融合，得到发射光信号，且发射光信号频谱如图2的F所示；而发射光信号的时域ST(t)可以表示为：
其中，AT1为第二光梳齿信号的幅度，AT2为调制光信号的幅度，T为目标发射光信号的周期，且0≤t≤T。
将上述发射光信号送入光电探测器，对发射光信号进行光电转化，将发射光信号转换为相应的电信号，该电信号频谱如图2的G所示。并通过功率放大器放大电信号，得到频率为(M+N)f的雷达探测信号，且雷达探测信号的时域ST-T(t)可以表示为：
其中，AT-T为雷达探测信号的幅度。
进一步地，将雷达探测信号送入发射天线，由发射天线将雷达探测信号发射至目标空间，而雷达探测信号经将探测目标反射，返回对应的目标回波信号至接收天线，且目标回波信号的时域SR-R(t)可以表示为：
其中，AR-R为目标回波信号的幅度。
通过低噪声放大器将上述目标回波信号进行放大，并通过放大后的目标回波信号对另一路第二光梳齿信号进行双边带调制，得到对应的接收光信号。
其中，在第一光耦合器中，将放大后的第二光梳齿信号分为两路，并将其中一路第二光梳齿信号送入马赫曾德尔调制器。在马赫曾德尔调制器中，通过目标回波信号对该路第二光梳齿信号进行双边带调制，得到接收光信号，且接收光信号频谱如图2的E所示。而接收光信号的时域SR(t)可以表示为：
其中，AR-为接收光信号负一阶边带的幅度，AR+为接收光信号正一阶边带的幅度，AR为载波幅度。接收光信号的正一阶边带与参考光信号在光域实现相干融合检测，两个信号重合部分的相对瞬时频率差fIF=kτt，其中τ是目标回波信号相对于发射至目标空间的雷达探测信号的延时。
在相干接收模块中，对参考光信号与接收光信号的正一阶边带进行相干接收，从而在相干接收模块的两个输出端得到两路正交中频信号，其频谱如图2的H所示，且中频信号包含探测目标的信息。将输出的中频信号进行模数转换，并通过相关雷达算法对信号进行处理，得到探测目标的信息，提取的信息包括但不限于探测目标的距离、方位角度以及相对散射强度。而上述中频信号可表示为：
其中，SI(t)和SQ(t)分别为中频信号的两个正交分量，t为中频信号的时间，为中频信号的相位信息，τ是目标回波信号相对于发射至目标空间的雷达探测信号的延时。此外，中频信号复数形式的频谱如图2的I所示，对应的中频信号复数形式可表示为：
其中，SIF(t)表示中频信号，t为中频信号的时间，C为中频信号的幅度，τ是目标回波信号相对于发射至目标空间的雷达探测信号的延时。
通过本实施例，通过光频梳源和光滤波单元在光域选通所需频率间隔的光梳齿信号，得到不同频率的第一光梳齿信号和第二光梳齿信号。对第一光梳齿信号进行抑制载波单边带调制得到调制光信号并分为两路，一路作为参考光信号，另一路与一路第二光梳齿信号融合为发射光信号，并通过光电探测器转换为雷达探测信号发射到目标空间。进一步地，将返回的目标回波信号调制到另一路第二光梳齿信号上得到接收光信号，接收光信号与参考光信号在相干接收模块实现相干接收，得到携带目标信息的中频信号，从而通过在光域对不同光梳齿的选通实现雷达探测信号波段的重构，并进行实时相干接收，使得雷达探测系统结构简单且参数灵活可调，且抗干扰能力强。
本实施例中还提供了一种波段可重构微波光子雷达探测系统，图1是本实施例的波段可重构微波光子雷达探测系统的结构框图，如图1所示，该系统包括：光频梳源101、光滤波单元102、第一掺铒光纤放大器103、第二掺铒光纤放大器104、基带信号源105、双平行马赫曾德尔调制器106、第一光耦合器107、第二光耦合器108、第三光耦合器109、光电探测器110、功率放大器111、发射天线112、接收天线113、低噪声放大器114、马赫曾德尔调制器115、相干接收模块116以及雷达信号处理模块117。
具体地，由光频梳源101产生中心频率为fc以及频率间隔为f的光频梳信号，将光频梳信号送入光滤波单元102，滤出不同频率的两路光梳齿信号，包括频率为fc+N/>f的第一光梳齿信号和频率为fc-M/>f的第二光梳齿信号；将频率为fc+N/>f的第一光梳齿信号放大并送入双平行马赫曾德尔调制器106，由基带信号源105产生线性调频信号，将其加载到双平行马赫曾德尔调制器106上，通过线性调频信号对放大后的第一光梳齿信号进行抑制载波单边带调制，得到对应的调制光信号并送入第二光耦合器108。
将调制光信号分为两路，其中一路信号作为参考光信号送入相干接收模块116的一个输入端，另一路调制光信号用于生成发射光信号；在第一光耦合器107中，将fc-Mf的第二光梳齿信号放大并分为两路，其中一路送入第二光耦合器108与另一路调制光信号进行融合，得到发射光信号；将该发射光信号送入光电探测器110，经光电转化后放大，得到波段可重构的雷达探测信号，并通过发射天线112将其发射至目标空间。
雷达探测信号经探测目标反射，返回信号由接收天线113进行接收，并通过低噪声放大器114进行放大得到目标回波信号；将目标回波信号送入马赫曾德尔调制器115，同时将第二光梳齿信号的其中一路信号送入马赫曾德尔调制器115，进而通过放大后的目标回波信号对第三光梳齿信号进行双边带调制，得到对应的接收光信号；将接收光信号送入相干接收模块116的另一个输入端，参考光信号与接收光信号在相干接收模块116中实现相干接收，得到包含目标信息的中频信号。
进一步地，将中频信号送入雷达信号处理模块117，通过相关雷达算法对信号进行处理，得到探测目标的信息，提取的信息包括但不限于探测目标的距离、方位角度以及相对散射强度。
其中，光频梳源可以为多种用于产生光频梳信号的器件，包括但不限于飞秒激光器、主动锁模激光器、被动锁模激光器、光频梳产生器、微谐振腔或单频信号外调电光调制器。
其中，光滤波单元可以为多种用于滤出不同频率的光梳齿信号的模块或器件，包括但不限于波束整形器波束整形器、光滤波器或波分复用器。
下面通过优选实施例对本实施例进行描述和说明。
图3是本申请一优选实施例提供的波段可重构微波光子雷达探测系统的结构框图，如图3所示，将锁模激光器作为光频梳源，将波束整形器作为光滤波单元，该微波光子雷达探测系统包括锁模激光器301、波束整形器302、第一掺铒光纤放大器103、第二掺铒光纤放大器104、基带信号源105、双平行马赫曾德尔调制器106、第一光耦合器107、第二光耦合器108、第三光耦合器109、光电探测器110、功率放大器111、发射天线112、接收天线113、低噪声放大器114、马赫曾德尔调制器115、相干接收模块116以及雷达信号处理模块117。
首先，由锁模激光器301产生中心频率为fc以及频率间隔为f的光频梳信号，将光频梳信号送入波束整形器302，滤出频率为fc+N/>f的第一光梳齿信号并送入第一掺铒光纤放大器103，以及滤出频率为fc-M/>f的第二光梳齿信号送入第二掺铒光纤放大器104；将第一光梳齿信号放大并送入双平行马赫曾德尔调制器106，由基带信号源105产生线性调频信号，将其加载到双平行马赫曾德尔调制器106上，通过线性调频信号对第一光梳齿信号进行抑制载波单边带调制，得到调制光信号。上述线性调频信号的瞬时频率fLFM(t)为：
其中，t为线性调频信号的时间，f0为线性调频信号的起始频率，k为线性调频信号的调频斜率，T为线性调频信号的周期。此时调制光信号的时域SM(t)可以表示为：
其中，AM为调制光信号的幅度，t为调制光信号的时间，fc为目标光频梳信号的中心频率，f为目标光频梳信号的频率间隔，f0为线性调频信号的起始频率，k为线性调频信号的调频斜率。
将调制光信号送入第二光耦合器108并分为两路，其中一路作为参考光信号送入相干接收模块116的一个输入端，另一路调制光信号则送入第三光耦合器109的一个输入端；将频率为fc-Mf的第二光梳齿信号进行放大，送入第一光耦合器并分为两路，其中一路送入第三光耦合器109的另一个输入端与一路调制光信号融合得到发射光信号，其时域ST(t)可以表示为：
其中，AT1为第二光梳齿信号的幅度，AT2为调制光信号的幅度，T为目标发射光信号的周期，且0≤t≤T。将发射光信号送入光电探测器110，经光电转化后送入功率放大器111进行放大处理，得到波段可重构的雷达探测信号，其时域ST-T(t)可以表示为：
其中，AT-T为雷达探测信号的幅度。通过发射天线112将雷达探测信号发射到目标空间中，经探测目标反射返回目标回波信号，由接收天线113进行接收，并送入低噪声放大器114进行放大，且目标回波信号的时域SR-R(t)可以表示为：
其中，AR-R为目标回波信号的幅度。将放大后的目标回波信号加载到马赫曾德尔调制器115上，同时将第一光耦合器输出的另一路频率为fc-Mf的第二光梳齿信号送入马赫曾德尔调制器115，通过放大后的目标回波信号对该路第二光梳齿信号进行双边带调制，得到对应的接收光信号，其时域SR(t)可以表示为：
其中，AR-为接收光信号负一阶边带的幅度，AR+为接收光信号正一阶边带的幅度，AR为载波幅度。
将接收光信号送入相干接收模块116的另一个输入端，接收光信号的正一阶边带与参考光信号在光域实现相干融合检测，此时两个信号重合部分的相对瞬时频率差fIF=kτt，其中τ是目标回波信号相对于发射至目标空间的雷达探测信号的延时；参考光信号与接收光信号在相干接收模块116中实现相干接收，进一步地，从相干接收模块116输出两路正交中频信号，该中频信号可表示为：
其中，SI(t)和SQ(t)分别为中频信号的两个正交分量，t为中频信号的时间，为中频信号的相位信息。此外，中频信号可表示为如下的复数形式：
其中，SIF(t)表示中频信号，t为中频信号的时间，C为中频信号的幅度。
将中频信号通过采集处理单元模数转换后，在雷达信号处理模块117中，通过雷达相关算法从该信号中提取探测目标的信息，即可得到探测目标的距离、方位角度以及相对散射强度等信息。
在本实施例中还提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，该存储器中存储有计算机程序，该处理器被设置为运行计算机程序以执行上述任一项方法实施例中的步骤。
可选地，上述计算机设备还可以包括传输设备以及输入输出设备，其中，该传输设备和上述处理器连接，该输入输出设备和上述处理器连接。
需要说明的是，在本实施例中的具体示例可以参考上述实施例及可选实施方式中所描述的示例，在本实施例中不再赘述。
此外，结合上述实施例中提供的波段可重构微波光子雷达探测方法，在本实施例中还可以提供一种存储介质来实现。该存储介质上存储有计算机程序；该计算机程序被处理器执行时实现上述实施例中的任意一种波段可重构微波光子雷达探测方法。
应该明白的是，这里描述的具体实施例只是用来解释这个应用，而不是用来对它进行限定。根据本申请提供的实施例，本领域普通技术人员在不进行创造性劳动的情况下得到的所有其它实施例，均属本申请保护范围。
显然，附图只是本申请的一些例子或实施例，对本领域的普通技术人员来说，也可以根据这些附图将本申请适用于其他类似情况，但无需付出创造性劳动。另外，可以理解的是，尽管在此开发过程中所做的工作可能是复杂和漫长的，但是，对于本领域的普通技术人员来说，根据本申请披露的技术内容进行的某些设计、制造或生产等更改仅是常规的技术手段，不应被视为本申请公开的内容不足。
“实施例”一词在本申请中指的是结合实施例描述的具体特征、结构或特性可以包括在本申请的至少一个实施例中。该短语出现在说明书中的各个位置并不一定意味着相同的实施例，也不意味着与其它实施例相互排斥而具有独立性或可供选择。本领域的普通技术人员能够清楚或隐含地理解的是，本申请中描述的实施例在没有冲突的情况下，可以与其它实施例结合。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对专利保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种波段可重构微波光子雷达探测方法，其特征在于，所述方法包括：
将光频梳源产生的光频梳信号送入光滤波单元，分别滤出一路第一光梳齿信号与另一路第二光梳齿信号并放大；所述第一光梳齿信号经放大后送入双平行马赫曾德尔调制器，并通过基带信号源产生的线性调频信号，对放大后的第一光梳齿信号进行抑制载波单边带调制，得到对应的调制光信号；所述调制光信号分为两路，一路作为参考光信号送入相干接收模块，所述第二光梳齿信号经放大后分为两路，将一路第二光梳齿信号与另一路调制光信号融合得到发射光信号，对所述发射光信号进行光电转化并放大，得到波段可重构的雷达探测信号并通过天线发射到目标空间中；
所述雷达探测信号经目标反射后返回目标回波信号，所述目标回波信号经放大后对送入马赫曾德尔调制器的另一路第二光梳齿信号进行双边带调制，得到接收光信号并送入所述相干接收模块，对所述参考光信号与所述接收光信号进行相干接收，得到包含目标信息的中频信号。
2.根据权利要求1所述的波段可重构微波光子雷达探测方法，其特征在于，所述光频梳源为飞秒激光器、主动/被动锁模激光器、光频梳产生器、微谐振腔或单频信号外调制电光调制器。
3.根据权利要求1所述的波段可重构微波光子雷达探测方法，其特征在于，所述将光频梳源产生的光频梳信号送入光滤波单元，分别滤出一路第一光梳齿信号与另一路第二光梳齿信号并放大，包括：
通过所述光频梳源产生中心频率为fc、频率间隔为f的光频梳信号，并将所述光频梳信号送入所述光滤波单元；所述光滤波单元为波束整形器、光滤波器或波分复用器；
通过所述光滤波单元对所述光梳齿信号进行光滤波，滤出一路频率为fc+Nf的第一光梳齿信号送入第一掺铒光纤放大器进行光放大，滤出另一路频率为fc-M/>f的第二光梳齿信号送入第二掺铒光纤放大器进行光放大；其中M和N为非负整数。
4.根据权利要求1所述的波段可重构微波光子雷达探测方法，其特征在于，所述将一路第二光梳齿信号与另一路调制光信号融合得到发射光信号，对所述发射光信号进行光电转化并放大，得到波段可重构的雷达探测信号，包括：
将一路第二光梳齿信号与另一路调制光信号在光域进行融合，得到所述发射光信号，并将所述发射光信号送入光电探测器；
对所述发射光信号进行光电转化，得到与所述发射光信号对应的电信号；
将所述电信号送入功率放大器进行放大，得到所述波段可重构的雷达探测信号。
5.根据权利要求4所述的波段可重构微波光子雷达探测方法，其特征在于，所述波段可重构的雷达探测信号的频率为（M+N）f；其中M和N为非负整数，且根据实际需求确定所述M和N的取值。
6.根据权利要求1所述的波段可重构微波光子雷达探测方法，其特征在于，所述目标回波信号经放大后对送入马赫曾德尔调制器的另一路第二光梳齿信号进行双边带调制，得到接收光信号，包括：
通过低噪声放大器放对所述目标回波信号进行放大；
将放大后的目标回波信号加载到所述马赫曾德尔调制器上，对送入所述马赫曾德尔调制器的另一路第二光梳齿信号进行双边带调制，得到所述接收光信号。
7.一种波段可重构微波光子雷达探测系统，其特征在于，所述系统包括：
光频梳源，用于生成光频梳信号；
光滤波单元，用于从所述光频梳信号中，滤出一路频率为fc+Nf的第一光梳齿信号送入第一掺铒光纤放大器，以及另一路频率为fc-M/>f的第二光梳齿信号送入第二掺铒光纤放大器；
第一掺铒光纤放大器，用于将所述第一光梳齿信号放大，并送入双平行马赫曾德尔调制器；
第二掺铒光纤放大器，用于将所述第二光梳齿信号放大，并送入第一光耦合器；
基带信号源，用于产生线性调频信号加载至双平行马赫曾德尔调制器；
双平行马赫曾德尔调制器，用于将所述线性调频信号调制到放大后的第一光梳齿信号上，得到对应的调制光信号，并送入第二光耦合器；
第一光耦合器，用于将放大后的第二光梳齿信号分为两路，一路送入马赫曾德尔调制器，另一路送入第三光耦合器的一个输入端；
第二光耦合器，用于将调制光信号分为两路，一路送入第三光耦合器的另一个输入端，另一路作为参考光信号送入相干接收模块；
第三光耦合器，用于对一路放大后的第二光梳齿信号和一路调制光信号进行融合，得到对应的发射光信号；
光电探测器，用于对所述发射光信号进行光电转化，得到对应的电信号；
功率放大器，用于对所述电信号进行放大，得到波段可重构的雷达探测信号；
发射天线，用于将所述雷达探测信号发射到目标空间；
接收天线，用于接收从所述目标空间返回的目标回波信号；
低噪声放大器，用于将目标回波信号放大并加载到马赫曾德尔调制器上；
马赫曾德尔调制器，用于将放大后的目标回波信号调制到另一路放大后的第二光梳齿信号上，得到对应的接收光信号；
相干接收模块，用于将所述参考光信号与所述接收光信号进行相干接收，得到包含目标信息的中频信号。
8.根据权利要求7所述的波段可重构微波光子雷达探测系统，其特征在于，所述光频梳源为飞秒激光器、主动锁模激光器、被动锁模激光器、光频梳产生器、微谐振腔或单频信号外调电光调制器。
9.根据权利要求7所述的波段可重构微波光子雷达探测系统，其特征在于，所述光滤波单元为波束整形器、光滤波器或波分复用器。
10.根据权利要求7所述的波段可重构微波光子雷达探测系统，其特征在于，所述系统还包括雷达信号处理模块，用于通过相关雷达算法对所述中频信号进行处理，得到所述目标信息。
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|---|---|---|---|---|
| CN118671777A (zh) * | 2024-08-26 | 2024-09-20 | 中国人民解放军国防科技大学 | 一种梳模间微波光子等效降频的光频梳测距方法及装置 |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN116466354B (zh) | 2023-09-12 |
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