CN117375725A - 基于相干-非相干合成的宽带多波束光控相控阵接收系统 - Google Patents

基于相干-非相干合成的宽带多波束光控相控阵接收系统 Download PDF

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CN117375725A CN202311206543.4A CN202311206543A CN117375725A CN 117375725 A CN117375725 A CN 117375725A CN 202311206543 A CN202311206543 A CN 202311206543A CN 117375725 A CN117375725 A CN 117375725A
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郑伟
邓向科
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Abstract

本发明公开了一种基于相干‑非相干合成的宽带多波束光控相控阵接收系统，包括：射频接收单元组合、调制单元组合、分路单元组合、一级拓扑光纤单元组合、相干延时单元组合、非相干延时单元组合、二级拓扑光纤单元、光复用器单元、耦合探测单元、激光器组合、载波分路器组合、载波复用器、多载波分路器和多载波移相器。本发明实现同时多波束接收且波束数量可任意扩展；采用子阵内相干、子阵间非相干两级网络构架，解决宽角扫描与阵元大规模扩展面临的光功率不足的难题；采用阵列拓扑光纤实现延时通道互联，实现信号的高信噪比传输，同时克服波导交叉引起的功率损耗问题。本发明解决了大带宽、多波束、二维大角度扫描、阵元规模可扩展技术难题。

Description

基于相干-非相干合成的宽带多波束光控相控阵接收系统
技术领域
本发明属于微波光子技术领域，尤其涉及一种基于相干-非相干合成的宽带多波束光控相控阵接收系统。
背景技术
光控相控阵接收系统具备大带宽、高速率、多通道等优势，同时具备波束机动性强、抗干扰性好、保密性高等特点，其在宽带通信、高分辨雷达、态势感知、防御反制等新型宽带电子系统中应用潜力巨大。
与传统电控相控阵相比，基于真延时机制的光控相控阵优势显著，其不存在电移相器引起的“孔径效应”(电控相控阵中电移相器移相量与信号频率呈非线性，信号频率变化将引起波束指向发生偏斜，严重制约相控阵接收系统工作带宽)效应，其理论工作带宽不受限，且重量轻、体积小、无互相辐射干扰、可扩展性强，是下一代相控阵接收系统的主流发展方向。
在先技术(一种大带宽、大角度、连续扫描光控相控阵天线接收装置及方法，授权公告号：CN108448252B)中，提出一种基于反谐振级联微环连续延时与光开关离散延时技术的波束接收方案。尽管该方案可实现波束连续扫描，但其仅能接收一个波束，不具备多波束形成能力；此外，该方案采用单波长激光放大分路结构，当阵元规模扩展时(如星载相控阵天线阵元达上千个)，系统会因光放大器饱和输出功率不足而失效。
在先技术(一种可编程二维同时多波束光控相控阵接收机芯片及多波束控制方法，授权公告号：CN114531205B)中，提出一种不同材料(氮化硅SiN、绝缘体上硅SOI、磷化铟InP)异质集成的全芯片化光控相控阵接收机概念，涉及多种有、无源光电子器件的高密度集成。该方案除了加工封测良率低，以及热累积导致的芯片寿命缩短、性能退化问题之外，芯片中SiN-OPS与Si-MRM之间的大规模片上交叉波导结构会产生信号串扰及损耗问题，从而导致信号信噪比劣化，甚至无法产生信号波束。
因此，上述光控相控阵波束形成方案，或存在无法实现同时多波束、难以大规模扩展应用的问题，或存在信号传输损耗高、通道串扰大，无法形成高质量信号的缺陷。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种基于相干-非相干合成的宽带多波束光控相控阵接收系统，解决了宽角扫描与阵元大规模扩展面临的光功率不足的难题，实现了信号的高信噪比传输，同时克服波导交叉引起的功率损耗问题。
本发明目的通过以下技术方案予以实现：一种基于相干-非相干合成的宽带多波束光控相控阵接收系统，包括：射频接收单元组合、调制单元组合、分路单元组合、一级拓扑光纤单元组合、相干延时单元组合、非相干延时单元组合、二级拓扑光纤单元、光复用器单元、耦合探测单元、激光器组合、载波分路器组合、载波复用器、多载波分路器和多载波移相器；其中，所述激光器组合用于提供激光载波，将激光载波分别传输给所述载波分路器组合和所述载波复用器；所述载波分路器组合用于将激光载波分路，将分路后的激光载波传输给所述调制单元组合；所述射频接收单元组合接收射频信号，将射频信号功率放大后传输给所述调制单元组合；所述调制单元组合接收功率放大后的射频信号和分路后的激光载波，将功率放大后的射频信号调制到分路后的激光载波得到单边带载波抑制调制光信号，将单边带载波抑制调制光信号传输给所述分路单元组合；所述分路单元组合将单边带载波抑制调制光信号分路后输出至所述一级拓扑光纤单元组合；所述一级拓扑光纤单元组合将分路后的单边带载波抑制调制光信号进行重组得到重组后的光信号，将重组后的光信号传输至所述相干延时单元组合；所述相干延时单元组合将重组后的光信号进行相干延时得到相干延时光信号，将相干延时光信号传输至所述非相干延时单元组合；所述非相干延时单元组合将相干延时光信号进行非相干延时得到非相干延时光信号，将非相干延时光信号传输至所述二级拓扑光纤单元；所述二级拓扑光纤单元将非相干延时光信号进行重组得到重组后的第二光信号，将重组后的第二光信号传输至所述光复用器单元；所述光复用器单元将重组后的第二光信号进行不同波长的光波合路得到非相干单边带复色光合路，将非相干单边带复色光合路输出给所述耦合探测单元；所述载波复用器将激光载波合路，将合路后的激光载波传输给所述多载波分路器；所述多载波分路器将合路后的激光载波进行分路得到分路后的第二激光载波，将分路后的第二激光载波传输给所述多载波移相器；所述多载波移相器将分路后的第二激光载波进行移相得到非相干载波光合路，将非相干载波光合路输出给所述耦合探测单元；所述耦合探测单元将非相干单边带复色光合路和非相干载波光合路进行合路后输出目标波束。
上述基于相干-非相干合成的宽带多波束光控相控阵接收系统中，所述射频接收单元组合包括N个射频接收单元；其中，每个射频接收单元包括M个接收天线和M个功率放大器；每个接收天线与每个接收天线相对应的功率放大器相连接；每个接收天线接收一个射频信号，将射频信号传输给与每个接收天线相对应的功率放大器，所述功率放大器将射频信号功率放大后传输给所述调制单元组合；M和N均为大于1的正整数。
上述基于相干-非相干合成的宽带多波束光控相控阵接收系统中，所述激光器组合包括N个激光器；所述载波分路器组合包括N个载波分路器；N均为大于1的正整数；每个激光器发射一路激光载波给每个激光器相对应的载波分路器；每个载波分路器将每路激光载波分路后传输给所述调制单元组合。
上述基于相干-非相干合成的宽带多波束光控相控阵接收系统中，所述调制单元组合包括N个调制单元；其中，每个调制单元包括M个电光调制组件；每个电光调制组件接收一路功率放大后的射频信号和一路分路后的激光载波，将功率放大后的射频信号调制到分路后的激光载波得到一路单边带载波抑制调制光信号；M和N均为大于1的正整数。
上述基于相干-非相干合成的宽带多波束光控相控阵接收系统中，所述分路单元组合包括N个分路单元；其中，每个分路单元包括M个光分路器；每个光分路器接收一路单边带载波抑制调制光信号，将一路单边带载波抑制调制光信号分成K路分路后的单边带载波抑制调制光信号，将K路分路后的单边带载波抑制调制光信号输出至所述一级拓扑光纤单元组合；M、N和K均为大于1的正整数。
上述基于相干-非相干合成的宽带多波束光控相控阵接收系统中，所述一级拓扑光纤单元组合包括N个一级拓扑光纤单元；每个一级拓扑光纤单元将M组K路分路后的单边带载波抑制调制光信号进行重组得到K组M路重组后的光信号，将K组M路重组后的光信号传输至所述相干延时单元组合；M、N和K均为大于1的正整数。
上述基于相干-非相干合成的宽带多波束光控相控阵接收系统中，所述相干延时单元组合包括N个相干延时单元；其中，每个相干延时单元包括K个相干延时子单元；每个相干延时子单元对M路重组后的光信号分别延时，最后合为一路相干延时光信号输出至所述非相干延时单元组合；M、N和K均为大于1的正整数。
上述基于相干-非相干合成的宽带多波束光控相控阵接收系统中，所述非相干延时单元组合包括N个非相干延时单元；其中，每个非相干延时单元包括K个非相干延时子单元；每个非相干延时子单元对一路相干延时光信号进行非相干延时得到一路非相干延时光信号，将该路非相干延时光信号传输至所述二级拓扑光纤单元。
上述基于相干-非相干合成的宽带多波束光控相控阵接收系统中，所述二级拓扑光纤单元将N组K路非相干延时光信号重排为K组N路重组后的第二光信号输出至所述光复用器单元。
上述基于相干-非相干合成的宽带多波束光控相控阵接收系统中，所述光复用器单元包括K个波分复用器；其中，每个波分复用器将N路重组后的第二光信号进行不同波长的光波合路得到一路非相干单边带复色光合路，将该路非相干单边带复色光合路输出给所述耦合探测单元；所述耦合探测单元包括K组合路-探测器；其中，每个合路-探测器将一路非相干单边带复色光合路和一路非相干载波光合路进行合路后输出一路目标波束。
本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
(1)本发明可实现同时多波束接收，且波束数量可任意扩展，提升了相控阵系统多点接入能力；
(2)本发明采用子阵内相干、子阵间非相干两级网络构架，可实现波束的大角度二维扫描；
(3)本发明既不仅能克服光功率不足引起的阵元扩展难题，还能降低延时网络复杂度、提高系统可靠性；
(4)本发明采用阵列拓扑光纤实现延时通道互联，实现信号高信噪比传输的同时，解决了交叉波导引起的功率损耗问题。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为本发明基于相干-非相干合成的宽带多波束光控相控阵接收系统框图；
图2为本发明一级拓扑光纤单元结构示意图；
图3为本发明相干延时子单元结构示意图；
图4为本发明非相干延时单元结构示意图；
图5为本发明二级拓扑光纤单元结构示意图；
图6(a)为本发明光复用器单元输出光谱示意图；
图6(b)为本发明多载波移相器输出光谱示意图；
图6(c)为本发明耦合探测单元输出电谱示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
图1为本发明基于相干-非相干合成的宽带多波束光控相控阵接收系统框图。如图1所示，该基于相干-非相干合成的宽带多波束光控相控阵接收系统包括：射频接收单元组合、调制单元组合、分路单元组合、一级拓扑光纤单元组合、相干延时单元组合、非相干延时单元组合、二级拓扑光纤单元、光复用器单元、耦合探测单元、激光器组合、载波分路器组合、载波复用器、多载波分路器和多载波移相器；其中，
激光器组合用于提供激光载波，将激光载波分别传输给载波分路器组合和载波复用器；载波分路器组合用于将激光载波分路，将分路后的激光载波传输给调制单元组合；射频接收单元组合接收射频信号，将射频信号功率放大后传输给调制单元组合；调制单元组合接收功率放大后的射频信号和分路后的激光载波，将功率放大后的射频信号调制到分路后的激光载波得到单边带载波抑制调制光信号，将单边带载波抑制调制光信号传输给分路单元组合；分路单元组合将单边带载波抑制调制光信号分路后输出至一级拓扑光纤单元组合；一级拓扑光纤单元组合将分路后的单边带载波抑制调制光信号进行重组得到重组后的光信号，将重组后的光信号传输至相干延时单元组合；相干延时单元组合将重组后的光信号进行相干延时得到相干延时光信号，将相干延时光信号传输至非相干延时单元组合；非相干延时单元组合将相干延时光信号进行非相干延时得到非相干延时光信号，将非相干延时光信号传输至二级拓扑光纤单元；二级拓扑光纤单元将非相干延时光信号进行重组得到重组后的第二光信号，将重组后的第二光信号传输至光复用器单元；光复用器单元将重组后的第二光信号进行不同波长的光波合路得到非相干单边带复色光合路，将非相干单边带复色光合路输出给耦合探测单元；载波复用器将激光载波合路，将合路后的激光载波传输给多载波分路器；多载波分路器将合路后的激光载波进行分路得到分路后的第二激光载波，将分路后的第二激光载波传输给多载波移相器；多载波移相器将分路后的第二激光载波进行移相得到非相干载波光合路，将非相干载波光合路输出给耦合探测单元；耦合探测单元将非相干单边带复色光合路和非相干载波光合路进行合路后输出目标波束。
射频接收单元组合包括N个射频接收单元；其中，每个射频接收单元包括M个接收天线和M个功率放大器；每个接收天线与每个接收天线相对应的功率放大器相连接；每个接收天线接收一个射频信号，将射频信号传输给与每个接收天线相对应的功率放大器，功率放大器将射频信号功率放大后传输给调制单元组合；M和N均为大于1的正整数。
激光器组合包括N个激光器；载波分路器组合包括N个载波分路器；N均为大于1的正整数；每个激光器发射一路激光载波给每个激光器相对应的载波分路器；每个载波分路器将每路激光载波分路后传输给调制单元组合。
调制单元组合包括N个调制单元；其中，每个调制单元包括M个电光调制组件；每个电光调制组件接收一路功率放大后的射频信号和一路分路后的激光载波，将功率放大后的射频信号调制到分路后的激光载波得到一路单边带载波抑制调制光信号；M和N均为大于1的正整数。
分路单元组合包括N个分路单元；其中，每个分路单元包括M个光分路器；每个光分路器接收一路单边带载波抑制调制光信号，将一路单边带载波抑制调制光信号分成K路分路后的单边带载波抑制调制光信号，将K路分路后的单边带载波抑制调制光信号输出至一级拓扑光纤单元组合；M、N和K均为大于1的正整数。
一级拓扑光纤单元组合包括N个一级拓扑光纤单元；每个一级拓扑光纤单元将M组K路分路后的单边带载波抑制调制光信号进行重组得到K组M路重组后的光信号，将K组M路重组后的光信号传输至相干延时单元组合；M、N和K均为大于1的正整数。
相干延时单元组合包括N个相干延时单元；其中，每个相干延时单元包括K个相干延时子单元；每个相干延时子单元对M路重组后的光信号分别延时，最后合为一路相干延时光信号输出至非相干延时单元组合；M、N和K均为大于1的正整数。
非相干延时单元组合包括N个非相干延时单元；其中，每个非相干延时单元包括K个非相干延时子单元；每个非相干延时子单元对一路相干延时光信号进行非相干延时得到一路非相干延时光信号，将该路非相干延时光信号传输至二级拓扑光纤单元。
二级拓扑光纤单元将N组K路非相干延时光信号重排为K组N路重组后的第二光信号输出至光复用器单元。
光复用器单元包括K个波分复用器；其中，每个波分复用器将N路重组后的第二光信号进行不同波长的光波合路得到一路非相干单边带复色光合路，将该路非相干单边带复色光合路输出给耦合探测单元。
耦合探测单元包括K组合路-探测器；其中，每个合路-探测器将一路非相干单边带复色光合路和一路非相干载波光合路进行合路后输出一路目标波束。
射频接收单元实现射频信号的接收与放大，系统包含N个射频接收单元(第1射频接收单元，……，第N射频接收单元)。以第N射频接收单元为例，其由M个接收天线(A-N1，……，A-NM)与M个功率放大器(PA-N1，……，PA-NM)组成，每个接收天线后接一个功率放大器。
调制单元用于将射频信调制到光载波上，系统包含N个调制单元(第1调制单元，……，第N调制单元)。以第N调制单元为例，其由M个电光调制组件组成(OEM-N1，……，OEM-NM)。每个电光调制组件完成单边带载波抑制调制，其可由单边带载波抑制调制器实现，亦可由双边带调制器加单边带滤波器实现。
分路单元实现光信号分路，系统包含N个分路单元(第1分路单元，……，第N分路单元)。以第N分路单元为例，其由M个光分路器组成(OPS-N1，……，OPS-NM)。其中每个光分路器可完成1:K分路。
一级拓扑光纤单元实现多通道光信号的重组，系统包含N个一级拓扑光纤单元(第1一级拓扑光纤单元，……，第N一级拓扑光纤单元)。如图2所示，一级拓扑光纤单元用于将M组K路(M×K)输入光按波束形成需求重排为K组M路输出，其中边带移相器用于实现光信号相位对齐。
相干延时单元实现同一射频接收单元内不同阵元对应的光载射频信号的时延补偿，系统包含N个相干延时单元(第1相干延时单元，……，第N相干延时单元)，其中每个相干延时单元由K个相干延时子单元构成。相干延时子单元如图3所示，其对M路输入信号分别延时，最后合为1路输出；延时功能可由微环延时器、马赫曾德调延时线或比特延时线实现，图3所示为基于比特延时线的延时网络，其由s比特构成，最小延时量为Δτ。
非相干延时单元实现不同射频接收单元间的光载射频信号时延补偿，系统包含N个非相干延时单元(第1非相干延时单元，……，第N非相干延时单元)。非相干延时子单元如图4所示，其对输入信号延时输出；延时功能可由微环延时器、马赫曾德调延时线或比特延时线实现，图4所示为基于比特延时线的延时网络，其由d比特构成，最小延时量为Δε。
二级拓扑光纤单元用于多通道、多波长光信号的重组，如图5所示，N组K路(M×K)输入光按波束形成需求重排为K组N路输出，其中每组输出包含N个(λ1，λ1，……，λN)不同波长的光。
光复用器单元实现不同波长的光波合路，其内部包含有K个相同的波分复用器(WDM-1，……，WDM-K)，每个波分复用器可实现λ1，λ1，……，λN波长合路。
耦合探测单元实现边带光与载波光的合路与探测，其内部包含有K组相同的合路-探测器(OC-PD-1，……，OC-PD-K)，其中每个合路-探测器输出一个目标波束。
激光器(第1激光器，……，第N激光器)用于提供大功率窄线宽激光载波；载波分路器(第1载波分路器，……，第N载波分路器)用于将窄线宽激光分路；载波复用器用于将多路载波合路；多载波分路器用于多路载波分路；多载波移相器用于各路载波移相。
第1激光器～第N激光器由N个波长不同的蝶形封装激光器组成，激光分路后，一路送载波分路器，另一路送入载波复用器。
第n(1≤n≤N)载波分路器产生M路激光，分别送入第n调制单元的OEM-n1，……，OEM-nM作为光载波；同时，第n射频接收单元内阵元A-n1，……，A-nM接收到的射频信号后，分别经过功率放大器PA-n1，……，PA-nM放大，随后送入调制器OEM-n1，……，OEM-nM进行载波抑制单边带调制。
将第n调制单元内OEM-n1，……，OEM-nM(1≤n≤N)调制输出通过第n分路单元OPS-n1，……，OPS-nM(1≤n≤N)分为K路。
如图2所示，将上述第n分路单元产生的M组(每组K路)光波，在第n(1≤n≤N)一级拓扑光纤单元内进行重排、移相，产生K组(每组M路)重排光波，其中K组重排光波分属K个波束。
将上述第n(1≤n≤N)分路单元产生的K组(每组M路)重排光波，分别送入第n相干延时单元内的K个延时子单元(每个子单元含M路延时通道)内实现延时补偿，完成同波长单边带光信号的相干合路。其中，延时子单元OTTDa-n1，……，OTTDa-nK分别完成第n射频接收单元内波束1，……，波束K的延时。具体延时补偿量计算如下：若记波束1来波角度为θ1，根据几何关系可得第n射频接收单元内波束1相邻阵元延时差为：
式中c为光速，d1为射频接收单元内的阵元在来波方向的垂直间距，此时选通OTTDa-n1中比特延时线开关，使延时线相邻通道间的真延时值为Δt1，可实现波束1相干合成。类似的，对于波束2～K，若其来波角度为θ2～θK，选通OTTDa-n2，……，OTTDa-nK中比特延时线开关，使延时线相邻通道间的真延时值为Δt2，……，ΔtK，即可实现第n射频接收单元内波束2～K的相干合成。
如图3所示，将第n(1≤n≤N)相干延时单元产生的K路输出，送入第n(1≤n≤N)非相干延时单元内的K路非延时通道进行延时补偿。如图4所示，将N个非相干延时单元产生的N组光波(每组K路，同波长)送入二级拓扑光纤单元完成重排，产生K组光波(每组N路，且不同波长)。
由于N路波长不同的光波来自不同的射频接收单元，为实现非相干合成，相邻射频接收单元之间需完成延时补偿，该补偿由非相干延时单元完成。具体延时补偿量计算公式如下：若记波束1来波角度为θ1，根据几何关系可得相邻射频接收单元之间波束1到达延时差为：
式中D1为相邻射频接收单元在来波方向的垂直间距，调节对应非相干延时单元中比特延时线开关，使相邻射频接收单元间的真延时值为ΔT1，可实现波束1相干合成。类似的，对于波束2～K，若其来波角度为θ2～θK，调节对应非相干延时单元中比特延时线开关，使延时线相邻通道间的真延时值为ΔT2，……，ΔTK，即可实现射频接收单元之间的非相干波束合成。
光复用器单元内WDM-1，……，WDM-K产生K路非相干单边带复色光合路输出，其在耦合探测单元OC-PD-1，……，OC-PD-K内，分别与多载波移相器产生的K路非相干载波光合路、探测，产生K路波束输出。
图6(a)为本发明光复用器单元输出光谱示意图；图6(b)为本发明多载波移相器输出光谱示意图；图6(c)为本发明耦合探测单元输出电谱示意图。
本实施例还提供了一种基于相干-非相干合成的宽带多波束光控相控阵接收方法，步骤如下：
第n(1≤n≤N)激光器发出的激光分为两路，其中一路送入第n(1≤n≤N)载波分路器，另一路送入载波复用器。
第n(1≤n≤N)载波分路器产生M路激光，分别送入第n调制单元的OEM-n1，……，OEM-nM作为光载波；同时，第n射频接收单元内阵元A-n1，……，A-nM接收到的射频信号后，分别经过功率放大器PA-n1，……，PA-nM放大，随后送入调制器OEM-n1，……，OEM-nM进行电光调制，形成载波抑制单边带信号。此时，边带信号含时延，且时延不同。
将第n调制单元内OEM-n1，……，OEM-nM(1≤n≤N)调制输出通过第n分路单元OPS-n1，……，OPS-nM(1≤n≤N)分为K路。
对于第n分路单元产生的M组(每组K路)光波，在第n(1≤n≤N)一级拓扑光纤单元内进行重排、移相，产生K组(每组M路)重排光波，如图2所示，其中K组重排光波分属K个波束。
第n(1≤n≤N)分路单元产生的K组(每组M路)重排光波，分别送入第n相干延时单元内的K个延时子单元(每个子单元含M路延时通道)内实现延时补偿，完成同波长单边带光信号的相干合路。其中，延时子单元OTTDa-n1，……，OTTDa-nK分别完成第n射频接收单元内波束1，……，波束K的延时。
第n(1≤n≤N)相干延时单元产生的K路输出后，送入第n(1≤n≤N)非相干延时单元内的K路非延时通道进行延时补偿。
N个非相干延时单元产生的N组光波(每组K路，同波长)送入二级拓扑光纤单元完成重排，如图4所示，产生K组光波(每组N路，不同波长)。随后经过光复用器单元，利用WDM-1，……，WDM-K产生K路非相干单边带复色光合路输出。
K路非相干单边带复色光在耦合探测单元OC-PD-1，……，OC-PD-K内，分别与多载波移相器产生的K路非相干载波光合路、探测，产生K路波束输出。
本发明可实现同时多波束接收，且波束数量可任意扩展，提升了相控阵系统多点接入能力；本发明采用子阵内相干、子阵间非相干两级网络构架，可实现波束的大角度二维扫描；本发明既不仅能克服光功率不足引起的阵元扩展难题，还能降低延时网络复杂度、提高系统可靠性；本发明采用阵列拓扑光纤实现延时通道互联，实现信号高信噪比传输的同时，解决了交叉波导引起的功率损耗问题。本发明同时解决了大带宽、多波束、二维大角度扫描、阵元规模可扩展技术难题，为高通量卫星等下一代超宽带大容量无线电子信息系统提供了全新的波束接收方案。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于相干-非相干合成的宽带多波束光控相控阵接收系统，其特征在于包括：射频接收单元组合、调制单元组合、分路单元组合、一级拓扑光纤单元组合、相干延时单元组合、非相干延时单元组合、二级拓扑光纤单元、光复用器单元、耦合探测单元、激光器组合、载波分路器组合、载波复用器、多载波分路器和多载波移相器；其中，
所述激光器组合用于提供激光载波，将激光载波分别传输给所述载波分路器组合和所述载波复用器；
所述载波分路器组合用于将激光载波分路，将分路后的激光载波传输给所述调制单元组合；
所述射频接收单元组合接收射频信号，将射频信号功率放大后传输给所述调制单元组合；
所述调制单元组合接收功率放大后的射频信号和分路后的激光载波，将功率放大后的射频信号调制到分路后的激光载波得到单边带载波抑制调制光信号，将单边带载波抑制调制光信号传输给所述分路单元组合；
所述分路单元组合将单边带载波抑制调制光信号分路后输出至所述一级拓扑光纤单元组合；
所述一级拓扑光纤单元组合将分路后的单边带载波抑制调制光信号进行重组得到重组后的光信号，将重组后的光信号传输至所述相干延时单元组合；
所述相干延时单元组合将重组后的光信号进行相干延时得到相干延时光信号，将相干延时光信号传输至所述非相干延时单元组合；
所述非相干延时单元组合将相干延时光信号进行非相干延时得到非相干延时光信号，将非相干延时光信号传输至所述二级拓扑光纤单元；
所述二级拓扑光纤单元将非相干延时光信号进行重组得到重组后的第二光信号，将重组后的第二光信号传输至所述光复用器单元；
所述光复用器单元将重组后的第二光信号进行不同波长的光波合路得到非相干单边带复色光合路，将非相干单边带复色光合路输出给所述耦合探测单元；
所述载波复用器将激光载波合路，将合路后的激光载波传输给所述多载波分路器；
所述多载波分路器将合路后的激光载波进行分路得到分路后的第二激光载波，将分路后的第二激光载波传输给所述多载波移相器；
所述多载波移相器将分路后的第二激光载波进行移相得到非相干载波光合路，将非相干载波光合路输出给所述耦合探测单元；
所述耦合探测单元将非相干单边带复色光合路和非相干载波光合路进行合路后输出目标波束。
2.根据权利要求1所述的基于相干-非相干合成的宽带多波束光控相控阵接收系统，其特征在于：所述射频接收单元组合包括N个射频接收单元；其中，
每个射频接收单元包括M个接收天线和M个功率放大器；每个接收天线与每个接收天线相对应的功率放大器相连接；
每个接收天线接收一个射频信号，将射频信号传输给与每个接收天线相对应的功率放大器，所述功率放大器将射频信号功率放大后传输给所述调制单元组合；
M和N均为大于1的正整数。
3.根据权利要求1所述的基于相干-非相干合成的宽带多波束光控相控阵接收系统，其特征在于：所述激光器组合包括N个激光器；所述载波分路器组合包括N个载波分路器；N均为大于1的正整数；
每个激光器发射一路激光载波给每个激光器相对应的载波分路器；
每个载波分路器将每路激光载波分路后传输给所述调制单元组合。
4.根据权利要求1所述的基于相干-非相干合成的宽带多波束光控相控阵接收系统，其特征在于：所述调制单元组合包括N个调制单元；其中，每个调制单元包括M个电光调制组件；
每个电光调制组件接收一路功率放大后的射频信号和一路分路后的激光载波，将功率放大后的射频信号调制到分路后的激光载波得到一路单边带载波抑制调制光信号；
M和N均为大于1的正整数。
5.根据权利要求1所述的基于相干-非相干合成的宽带多波束光控相控阵接收系统，其特征在于：所述分路单元组合包括N个分路单元；其中，每个分路单元包括M个光分路器；
每个光分路器接收一路单边带载波抑制调制光信号，将一路单边带载波抑制调制光信号分成K路分路后的单边带载波抑制调制光信号，将K路分路后的单边带载波抑制调制光信号输出至所述一级拓扑光纤单元组合；
M、N和K均为大于1的正整数。
6.根据权利要求1所述的基于相干-非相干合成的宽带多波束光控相控阵接收系统，其特征在于：所述一级拓扑光纤单元组合包括N个一级拓扑光纤单元；
每个一级拓扑光纤单元将M组K路分路后的单边带载波抑制调制光信号进行重组得到K组M路重组后的光信号，将K组M路重组后的光信号传输至所述相干延时单元组合；
M、N和K均为大于1的正整数。
7.根据权利要求1所述的基于相干-非相干合成的宽带多波束光控相控阵接收系统，其特征在于：所述相干延时单元组合包括N个相干延时单元；其中，每个相干延时单元包括K个相干延时子单元；
每个相干延时子单元对M路重组后的光信号分别延时，最后合为一路相干延时光信号输出至所述非相干延时单元组合；
M、N和K均为大于1的正整数。
8.根据权利要求1所述的基于相干-非相干合成的宽带多波束光控相控阵接收系统，其特征在于：所述非相干延时单元组合包括N个非相干延时单元；其中，每个非相干延时单元包括K个非相干延时子单元；
每个非相干延时子单元对一路相干延时光信号进行非相干延时得到一路非相干延时光信号，将该路非相干延时光信号传输至所述二级拓扑光纤单元。
9.根据权利要求8所述的基于相干-非相干合成的宽带多波束光控相控阵接收系统，其特征在于：所述二级拓扑光纤单元将N组K路非相干延时光信号重排为K组N路重组后的第二光信号输出至所述光复用器单元。
10.根据权利要求9所述的基于相干-非相干合成的宽带多波束光控相控阵接收系统，其特征在于：所述光复用器单元包括K个波分复用器；其中，每个波分复用器将N路重组后的第二光信号进行不同波长的光波合路得到一路非相干单边带复色光合路，将该路非相干单边带复色光合路输出给所述耦合探测单元；
所述耦合探测单元包括K组合路-探测器；其中，每个合路-探测器将一路非相干单边带复色光合路和一路非相干载波光合路进行合路后输出一路目标波束。
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