CN117554972B - 多波束微波光子相控阵雷达探测方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种多波束微波光子相控阵雷达探测方法和系统。所述方法包括：调节单个激光光源波长，基于微波光子辅助光延时阵列与发射/接收阵列实现雷达单波束扫描，得到目标回波信号；通过复用基于微波光子辅助发射/接收阵列与光延时阵列实现目标回波信号接收，得到雷达接收光信号；雷达光信号与参考光信号实现相干探测得到目标信息，目标信息送入控制模块，控制模块根据目标信息控制其它多个激光光源的通断及波长调节，从而产生并控制雷达多波束对准多个目标，并通过相干探测得到的实时目标信息反馈给控制模块，实现多波束对多个目标的探测与追踪。采用本方法能够实现多目标的探测追踪，系统响应速度快，探测精度高。
Description
技术领域
本申请涉及雷达探测技术领域，特别是涉及一种多波束微波光子相控阵雷达探测方法和系统。
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、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，结合微波光子技术，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；且随着现代雷达技术的发展和应用推广，多波束技术体制雷达越来越受到重视。多波束形成技术，可以充分发挥现代雷达的多功能、多模式以及多目标探测等优势(参见[GINSBURG B P,SUBBURAJ K ,SAMALA S,et al. AMultimode 76-to-81 GHz Automotive Radar Transceiver with AutonomousMonitoring[C]IEEE,2018:158-160. ])。目前实现接收同时多波束技术已较为成熟，而雷达发射多波束技术则更为复杂，要实现架构简单、性能优越和灵活可控的雷达发射多波束，不仅需要与其匹配的雷达系统技术体制，还需要电子信息、微电子和材料等诸多相关学科的技术支撑，目前的多波束雷达往往需要分立的系统实现多波束的同时发射与接收。
因此，相关技术中亟需一种能够实现多目标探测的多波束微波光子相控阵雷达探测方法。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够实现多目标探测的多波束微波光子相控阵雷达探测方法和系统。
第一方面，本申请提供了一种多波束微波光子相控阵雷达探测方法。所述方法包括：
利用N个可调谐激光器中的任意一个可调谐激光器产生单频光载波信号；
将所述单频光载波信号分为两路，一路作为接受光载波信号通过功分器分为M路，并分别送入M个发射/接收单元；另一路作为发射载波光信号送入电光调制器，经线性调频雷达信号调制得到调制光信号；
将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，另一路通过主光环形器送入第一1×M功分器，所述第一1×M功分器将所述调制光信号分为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，所述M路子调制光信号延时后得到M路发射光信号并分别送入所述发射/接收阵列的M个发射/接收单元中，所述M路发射光信号经光电转换和放大后得到M个雷达发射信号，通过M个天线发射到目标空间中，M个雷达发射信号在所述目标空间中发生干涉，得到指向1方向的天线波束；
目标回波信号经所述M个天线接收并放大后分别送入M个发射/接收单元中，并对M个接收载波光信号进行调制得到M个雷达接收光信号，M个雷达接收光信号通过M个子光环形器分别送入光延时阵列中的M根延时光纤实现延时，延时后的M个雷达接收光信号通过所述第一1×M功分器合为一路干涉雷达接收光信号，并通过所述主光环形器送入相干接收模块实现相干接收，得到包含目标信息的中频信号，通过信号采集与处理模块对所述中频信号进行处理，可得到所述1方向上目标空间内的P个探测目标信息；
控制模块接收所述P个探测目标信息并打开P个可调谐激光器，在目标空间中得到P个天线波束，并根据P个探测目标的空间方位信息改变对应可调谐激光器波长，使得P个波束分别指向P个探测目标，完成多目标跟踪探测。
在其中的一个实施例中，所述电光调制器包括下述中的至少一种：马赫曾德尔调制器、双平行马赫曾德尔调制器、电吸收调制器。
在其中的一个实施例中，所述光延时阵列中M根延时光纤的长度为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，所述Lhd为所述高色散光纤组成单元的长度。
在其中的一个实施例中，所述根据P个探测目标的空间方位信息改变对应可调谐激光器波长，包括：在光载波信号的波长从变为/>的情况下，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为，即M个雷达发射电信号相邻信号彼此延时差为/>，其中所述Dhd与所述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/>与雷达波束角度的关系式/>确定雷达波束扫描角度实现雷达波束扫描，其中所述d为相邻发射/接收单元中天线的间距，所述c为电磁波在大气中的速度。
在其中的一个实施例中，所述控制模块在获取所述目标空间内的P个探测目标信息后，打开P个可调谐激光器并调节对应可调谐激光器的波长，使得p个天线波束分别指向P个探测目标，其中所述P小于等于所述可调谐激光器的数量N。
在其中的一个实施例中，所述M个雷达接收光信号通过M个子光环形器分别送入光延时阵列中的M根延时光纤实现延时，包括：M个雷达接收光信号中两两相邻雷达接收光信号之间的延时差相同，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。
第二方面，本申请还提供了一种多波束微波光子相控阵雷达探测系统。所述系统包括：
N个可调谐激光器，用于产生波长可调谐的光载波信号；
N×1合路器，用于将N个可调谐激光器产生的光载波信号合为一路复合光信号；
第一光耦合器，用于将所述复合光信号分为两路，一路作为接收载波光信号送入第二1×M功分器，另一路作为发射载波光信号送入电光调制器；
射频信号源，用于产生线性调频雷达信号；
所述电光调制器，用于将线性调频雷达信号调制到发射载波光信号上得到调制光信号；
第二光耦合器，用于将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，另一路送入主光环形器的端口1；
主光环形器，为三端口光器件，用于将经端口1输入的调制光信号从端口2输出，并送入第一1×M功分器的光输入端；将经端口2输入的第一1×M功分器返回的干涉雷达接收光信号从端口3输出，并送入相干接收模块；
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；其次用于将延时后的M个雷达接收光信号合为一路干涉雷达接收光信号，并将干涉雷达接收光信号返回给主光环形器的端口2；
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分别送入第一1×M功分器的M个光端口；
所述第二1×M功分器，首先用于将接收载波光信号分为M路子接收载波光信号，并分别送入M个发射/接收阵列；
发射/接收阵列，用于将延时后的M路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M个雷达接收光信号，并将M个雷达接收光信号分别返回到光延时阵列的M根延时光纤中；
相干接收模块，用于将干涉雷达接收光信号和参考光信号实现相干接收，得到携带目标信息的中频电信号；
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；
控制模块，用于控制N个可调谐激光器的开关与调节可调谐激光器波长。
在其中的一个实施例中，所述发射/接收阵列由M个发射/接收单元组成，每个所述发射/接收单元具有相同的结构，所述发射/接收单元的结构具体包括：
子光环形器，用于将经端口2输入的一路延时子调制光信号通过端口3送入光电探测器，并将经端口1输入的对应雷达接收光信号通过端口2送入光延时阵列的相应延时光纤中；所述子光环形器为三端口光器件；
光电探测器，用于对延时子调制光信号进行光电转换得到雷达探测信号；
功率放大器，用于将光电探测器输出的雷达探测信号进行放大；
电环形器，用于将功率放大器放大的雷达探测信号送入天线发射，并将天线接收的雷达回波信号送入低噪声放大器；所述电环形器为三端口电器件；
天线，用于将放大的雷达探测信号进行发射，并接收目标发射信号，得到雷达回波信号；
低噪声放大器，用于对天线接收的雷达回波信号进行低噪声放大；
子电光调制器，用于将低噪声放大后的雷达回波信号调制到子接收光载波信号上，得到雷达接收光信号。
在其中的一个实施例中，所述电光调制器以及所述子电光调制器包括下述中的至少一种：马赫曾德尔调制器、双平行马赫曾德尔调制器、电吸收调制器。
在其中的一个实施例中，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；所述控制模块可以控制N个可调谐激光器的开关且可以调节可调谐激光器的波长，在通过单波束获得目标空间中P个探测目标的信息后，通过控制模块打开P个可调谐激光器并调节其波长，使得P个波束分别指向P个目标，其中P小于等于激光器数量N。
上述多目标探测的多波束微波光子相控阵雷达探测方法和系统，通过调节单个激光光源波长，基于微波光子辅助光延时阵列与发射/接收阵列实现雷达单波束扫描，得到目标回波信号；通过复用基于微波光子辅助发射/接收阵列与光延时阵列实现目标回波信号接收，得到雷达接收光信号；雷达光信号与参考光信号实现相干探测得到目标信息，目标信息送入控制模块，控制模块根据目标信息控制其它多个激光光源的通断及波长调节，从而产生并控制雷达多波束对准多个目标，并通过相干探测得到的实时目标信息反馈给控制模块，实现多波束对多个目标的探测与追踪。本发明还公开了一种多波束微波光子相控阵雷达探测系统，基于多波束相控阵技术及相干接收技术，可同时实现多目标的探测追踪，系统响应速度快，探测精度高。
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是一个实施例中基于波长扫描真延时的微波光子相控阵雷达探测系统的结构示意图；
图2为另一个实施例中一种多波束微波光子相控阵雷达探测系统的结构示意图；
图3为一个实施例中发射/接收阵列的结构示意图；
图4为一个实施例中发射/接收单元中天线分布的示意图；
图5为一个实施例中M个发射光信号时序分布图；
图6为一个实施例中M个天线发射雷达发射信号的时序分布图；
图7为一个实施例中M个天线接收雷达回波信号的时序分布图；
图8为一个实施例中M个雷达接收光信号时序分布图；
图9为一个实施例中M个雷达接收光信号延时后的时序分布图；
图10为一个实施例中多个波束对多个目标探测和追踪的示意图。
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。
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
针对传统雷达多个波束需多个分立系统控制的问题，本实施例中提出了一种多波束微波光子相控阵雷达探测方法。该方法可应用于如图1所示的基于波长扫描真延时的微波光子相控阵雷达探测系统，该系统包括：控制模块、N个波长可调激光器(TLS)、N×1合路器、第一光耦合器、电光调制器、射频信号、第二光耦合器、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、相干接收模块、以及信号采集与处理模块。
本实施例的多波束微波光子相控阵雷达探测方法包括：
打开N个可调谐激光器中的任意一个可调谐激光器产生单频光载波信号；
将所述单频光载波信号分为两路，一路作为接受光载波信号通过功分器分为M路，并分别送入M个发射/接收单元；另一路作为发射载波光信号送入电光调制器，经线性调频雷达信号调制得到调制光信号；
将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，另一路通过主光环形器送入第一1×M功分器，所述第一1×M功分器将所述调制光信号分为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，所述M路子调制光信号延时后得到M路发射光信号并分别送入所述发射/接收阵列的M个发射/接收单元中，所述M路发射光信号经光电转换和放大后得到M个雷达发射信号，通过M个天线发射到目标空间中，M个雷达发射信号在所述目标空间中发生干涉，得到指向1方向的天线波束；
目标回波信号经所述M个天线接收并放大后分别送入M个发射/接收单元中，并对M个接收载波光信号进行调制得到M个雷达接收光信号，M个雷达接收光信号通过M个子光环形器分别送入光延时阵列中的M根延时光纤实现延时，延时后的M个雷达接收光信号通过所述第一1×M功分器合为一路干涉雷达接收光信号，并通过所述主光环形器送入相干接收模块实现相干接收，得到包含目标信息的中频信号，通过信号采集与处理模块对所述中频信号进行处理，可得到所述1方向上目标空间内的P个探测目标信息；
控制模块接收所述P个探测目标信息并打开P个可调谐激光器，在目标空间中得到P个天线波束，并根据P个探测目标的空间方位信息改变对应可调谐激光器波长，使得P个波束分别指向P个探测目标，完成多目标跟踪探测。
本实施例的多波束微波光子相控阵雷达探测方法，基于多个波长可调激光器结合光纤延时阵列实现雷达系统多波束探测功能，基于真延时实现宽带雷达探测信号的波束无倾斜扫描，基于相干接收技术实现宽带雷达信号实时相干接收，可同时实现对多目标的实时信息获取与追踪，具有较高的探测精度，解决了传统雷达多个波束需多个分立系统控制的问题，可以实现多个波束在单一系统中的发射与接收，可以对多个探测目标进行实时信息获取与追踪，系统简单紧凑，大幅降低了多波束雷达系统复杂度与制造成本。
在其中的一个实施例中，所述电光调制器包括下述中的至少一种：马赫曾德尔调制器、双平行马赫曾德尔调制器、电吸收调制器。
在其中的一个实施例中，所述光延时阵列中M根延时光纤的长度为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，所述Lhd为所述高色散光纤组成单元的长度。
在其中的一个实施例中，所述根据P个探测目标的空间方位信息改变对应可调谐激光器波长，包括：在光载波信号的波长从变为/>的情况下，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为，即M个雷达发射电信号相邻信号彼此延时差为/>，其中所述Dhd与所述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/>与雷达波束角度的关系式/>确定雷达波束扫描角度实现雷达波束扫描，其中所述d为相邻发射/接收单元中天线的间距，所述c为电磁波在大气中的速度。
在其中的一个实施例中，所述控制模块在获取所述目标空间内的P个探测目标信息后，打开P个可调谐激光器并调节对应可调谐激光器的波长，使得P个天线波束分别指向P个探测目标，其中所述P小于等于所述可调谐激光器的数量N。
在其中的一个实施例中，所述M个雷达接收光信号通过M个子光环形器分别送入光延时阵列中的M根延时光纤实现延时，包括：M个雷达接收光信号中两两相邻雷达接收光信号之间的延时差相同，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。
在其中的一个优选的具体实施例中，提供了一种多波束微波光子相控阵雷达探测系统。如图2所示，本实施例的雷达探测系统包括：1个控制模块、N个波长可调激光器（TLS）、1个N×1合路器、2个光耦合器（第一光耦合器、第二光耦合器）、1个马赫-曾德尔调制器（MZM）、1个射频信号、1个主光环形器、2个1×M功分器（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、相干接收模块、以及信号采集与处理模块。
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。
需要说明的是，所述电光调制器以及M个发射/接收单元中的子电光调制器可以为马赫曾德尔调制器、双平行马赫曾德尔调制器、电吸收调制器，本实施例优选马赫-曾德尔调制器。
首先，控制模块打开N个可调谐激光器中的一个，产生频率为f1的单频光载波信号，单频光载波信通过第一光耦合器分为两路，其中一路作为接收载波光信号通过第二1×M功分器功分为M路，另一路作为发射载波光信号送入马赫曾德尔调制器，经射频信号输出的线性调频雷达信号调制得到调制光信号。线性调频雷达信号的瞬时频率可以表示为：
fLFM(t)=f 0 +kt(0≤t≤T)
其中f 0 为线性调频雷达信号的起始频率，T为其周期，k=B/T为其调频斜率，则调制光信号S M (t)可以表示为：
其中A M 、A M+ 和A M- 为调制光信号载波以及正负一阶边带的幅度。调制光信号经第二光耦合器分为两路，一路作为参考光信号送入相干接收模块，另一路通过主光环形器送入第一1×M功分器，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，M路子调制光信号延时后得到M路发射光信号。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。设相邻通道延时差为τ d ，则第m路发射光信号S Tm (t)可以表示为：
其中A Tm+ 、A Tm- 和A Tm 为第m路发射光信号的正负一阶边带和载波的幅度，M个发射光信号时序分布图如图5所示。M路发射光信号分别送入发射/接收阵列的M个发射/接收单元中，雷达第m路发射光信号送入第m个发射/接收单元中子光环形器的端口2并从端口3输出，送入光电探测器（PD）进行光电转换得到雷达发射信号，雷达发射信号经过功率放大器（PA）放大后经电环形器的端口1输入并从端口2输出送入天线，继而发射到探测目标空间中，雷达发射信号可以表示为：
其中ATtm为第m路雷达信号信号的幅度，M个天线发射雷达发射信号的时序分布图如图6所示。M个雷达发射信号在空间中发生干涉，得到指向θ1方向的天线波束。当探测目标为位于方向θ1的单目标，M个天线接收雷达回波信号的时序分布图如图7所示。雷达回波信号经M个天线接收并放大后分别对送入M个发射/接收单元的M个接收载波光信号进行调制得到M个雷达接收光信号，M个雷达接收光信号时序分布图如图8所示。M个雷达接收光信号通过M个子光环形器分别送入光延时阵列中的M根延时光纤实现延时，延时后的M个雷达接收光信号实现时间对齐，M个雷达接收光信号延时后的时序分布图如图9所示，并通过第一1×M功分器合为一路干涉雷达接收光信号，当由探测目标引入的延时为τ p 时，则干涉雷达接收光信号可以表示为：
其中A R 、A R- 和A R+ 为干涉雷达接收光信号载波及正负一阶边带的幅度，干涉雷达接收光信号通过主光环形器送入相干接收模块实现相干接收后，在相干接收单元的两个输出端得到两路正交中频信号，中频信号表示为：
即携带目标信息的中频信号的两个正交分量S I (t)、S Q (t)，其中为中频信号的相位信息，对应信号复数形式为：
其中，C为中频信号的幅度，将中频信号通过信号采集与处理模块模数转换后，对此信号通过雷达相关算法处理即可得到通过信号采集与处理模块对中频电信号进行处理，可得到θ1方向目标的距离、速度、散射特性等信息；
通过调节可调谐激光器波长实现天线波束的扫描，具体为：当光载波信号的波长从变为/>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。获取探测空间中目标的个数P及对应的方位、距离、速度、散射特性等信息。控制模块接收P个探测目标信息并打开P个可调谐激光器，在探测空间中得到P个天线波束，根据P个探测目标的空间方位信息改变对应可调谐激光器波长，使得P个波束分别指向P个探测目标，重复上述目标探测过程并使每个波束在目标空间位置附近小角度扫描，实时得到相应目标信息并对控制模块实时反馈，实现多波束对目标空间中多个探测目标的实时追踪与目标信息获取。多个波束对多个目标探测和追踪的示意图如图10所示。需要注意的是探测目标个数P小于等于激光器数量N。
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本申请专利范围的限制。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)
1.一种多波束微波光子相控阵雷达探测方法，其特征在于，所述方法包括：
利用N个可调谐激光器中的任意一个可调谐激光器产生单频光载波信号；
将所述单频光载波信号分为两路，一路作为接收光载波信号通过功分器分为M路，并分别送入M个发射/接收单元；另一路作为发射载波光信号送入电光调制器，经线性调频雷达信号调制得到调制光信号；
将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，另一路通过主光环形器送入第一1×M功分器，所述第一1×M功分器将所述调制光信号分为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，所述M路子调制光信号延时后得到M路发射光信号并分别送入所述发射/接收阵列的M个发射/接收单元中，所述M路发射光信号经光电转换和放大后得到M个雷达发射信号，通过M个天线发射到目标空间中，M个雷达发射信号在所述目标空间中发生干涉，得到指向θ1方向的天线波束，θ为雷达波束角度，所述θ1方向包括雷达波束角度为θ1的方向；
目标回波信号经所述M个天线接收并放大后分别送入M个发射/接收单元中，并对M个接收载波光信号进行调制得到M个雷达接收光信号，M个雷达接收光信号通过M个子光环形器分别送入光延时阵列中的M根延时光纤实现延时，延时后的M个雷达接收光信号通过所述第一1×M功分器合为一路干涉雷达接收光信号，并通过所述主光环形器送入相干接收模块实现相干接收，得到包含目标信息的中频信号，通过信号采集与处理模块对所述中频信号进行处理，可得到所述θ1方向上目标空间内的P个探测目标信息；
控制模块接收所述P个探测目标信息并打开P个可调谐激光器，在目标空间中得到P个天线波束，并根据P个探测目标的空间方位信息改变对应可调谐激光器波长，使得P个波束分别指向P个探测目标，完成多目标跟踪探测，其中P小于等于激光器数量N。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电光调制器包括下述中的至少一种：马赫曾德尔调制器、双平行马赫曾德尔调制器、电吸收调制器。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光延时阵列中M根延时光纤的长度为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，所述Lhd为所述高色散光纤组成单元的长度。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据P个探测目标的空间方位信息改变对应可调谐激光器波长，包括：
在光载波信号的波长从变为/>的情况下，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为/>，即M个雷达发射电信号相邻信号彼此延时差为/>，其中所述Dhd与所述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/>与雷达波束角度的关系式/>确定雷达波束扫描角度实现雷达波束扫描，其中所述d为相邻发射/接收单元中天线的间距，所述c为电磁波在大气中的速度，所述/>为光载波信号的波长变化量，所述Lhd为所述高色散光纤组成单元的长度。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制模块在获取所述目标空间内的P个探测目标信息后，打开P个可调谐激光器并调节对应可调谐激光器的波长，使得P个天线波束分别指向P个探测目标，其中所述P小于等于所述可调谐激光器的数量N。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述M个雷达接收光信号通过M个子光环形器分别送入光延时阵列中的M根延时光纤实现延时，包括：
M个雷达接收光信号中两两相邻雷达接收光信号之间的延时差相同，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。
7.一种多波束微波光子相控阵雷达探测系统，其特征在于，所述系统包括：
N个可调谐激光器，用于产生波长可调谐的光载波信号；
N×1合路器，用于将N个可调谐激光器产生的光载波信号合为一路复合光信号；
第一光耦合器，用于将所述复合光信号分为两路，一路作为接收载波光信号送入第二1×M功分器，另一路作为发射载波光信号送入电光调制器；
射频信号源，用于产生线性调频雷达信号；
所述电光调制器，用于将线性调频雷达信号调制到发射载波光信号上得到调制光信号；
第二光耦合器，用于将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，另一路送入主光环形器的端口1；
主光环形器，为三端口光器件，用于将经端口1输入的调制光信号从端口2输出，并送入第一1×M功分器的光输入端；将经端口2输入的第一1×M功分器返回的干涉雷达接收光信号从端口3输出，并送入相干接收模块；
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；其次用于将延时后的M个雷达接收光信号合为一路干涉雷达接收光信号，并将干涉雷达接收光信号返回给主光环形器的端口2；
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分别送入第一1×M功分器的M个光端口；
所述第二1×M功分器，首先用于将接收载波光信号分为M路子接收载波光信号，并分别送入M个发射/接收阵列；
发射/接收阵列，用于将延时后的M路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M个雷达接收光信号，并将M个雷达接收光信号分别返回到光延时阵列的M根延时光纤中；
相干接收模块，用于将干涉雷达接收光信号和参考光信号实现相干接收，得到携带目标信息的中频电信号；
信号采集与处理模块，用于对所述中频电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；
控制模块，用于控制N个可调谐激光器的开关与调节可调谐激光器波长。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述发射/接收阵列由M个发射/接收单元组成，每个所述发射/接收单元具有相同的结构，所述发射/接收单元的结构具体包括：
子光环形器，用于将经端口2输入的一路延时子调制光信号通过端口3送入光电探测器，并将经端口1输入的对应雷达接收光信号通过端口2送入光延时阵列的相应延时光纤中；所述子光环形器为三端口光器件；
光电探测器，用于对延时子调制光信号进行光电转换得到雷达探测信号；
功率放大器，用于将光电探测器输出的雷达探测信号进行放大；
电环形器，用于将功率放大器放大的雷达探测信号送入天线发射，并将天线接收的雷达回波信号送入低噪声放大器；所述电环形器为三端口电器件；
天线，用于将放大的雷达探测信号进行发射，并接收目标发射信号，得到雷达回波信号；
低噪声放大器，用于对天线接收的雷达回波信号进行低噪声放大；
子电光调制器，用于将低噪声放大后的雷达回波信号调制到子接收光载波信号上，得到雷达接收光信号。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述电光调制器以及所述子电光调制器包括下述中的至少一种：马赫曾德尔调制器、双平行马赫曾德尔调制器、电吸收调制器。
10.根据权利要求8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；所述控制模块可以控制N个可调谐激光器的开关且可以调节可调谐激光器的波长，在通过单波束获得目标空间中P个探测目标的信息后，通过控制模块打开P个可调谐激光器并调节其波长，使得P个波束分别指向P个目标。
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