CN117907981A - 宽带多波段可重构信号产生装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种宽带多波段可重构信号产生装置及方法，属于雷达技术领域。所述装置包括光电信号源、移频单元、拼接单元、变频单元，通过光电信号源产生移频光载波、复合光载波、变频光载波、种子信号、移频本振信号、变频本振信号和选通信号；通过移频单元将移频本振信号和种子信号分别调制移频光载波和复合光载波，再进行滤波和功率耦合，产生合束移频信号和待变频光信号；通过拼接单元对合束移频信号进行延时、光电转换、放大、选通，再与种子信号合束，产生拼接信号；通过变频单元对变频本振信号和拼接信号进行光混频，实现对拼接信号的变频，产生输出信号。所述方法产生输出信号的中心频率、带宽、调频率的重构方式灵活，链路复杂度低。
Description
技术领域
本发明涉及雷达技术领域，具体涉及一种宽带多波段可重构信号产生装置及方法。
背景技术
随着电磁环境日益复杂化，对雷达系统干扰和抗干扰能力、分辨率等提出了更高要求。与之对应地，要求雷达信号产生系统具备宽带、多波段可重构能力。
现有的雷达信号产生装置及方法通过数字频率合成器（DDS）产生窄带种子信号，再利用变频和倍频装置进行频率调整和带宽扩展。然而，受限于电子器件带宽瓶颈，一方面，DDS的速率和倍频因子提升空间有限，难以满足带宽要求；另一方面，工作频率的大跨度重构只能依靠不同硬件链路叠加，系统复杂度和成本随之提升。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明公开了一种宽带多波段可重构信号产生装置和方法，克服了现有技术面临的宽带、多波段可重构瓶颈问题。
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种宽带多波段可重构信号产生装置，包括：光电信号源，包括：光源，用于产生连续波光载波；第一耦合器，用于将所述连续波光载波进行功率分束，产生移频光载波、复合光载波、变频光载波；微波源，用于基于同一时频基准产生种子信号、移频本振信号、变频本振信号和选通信号（其特征为：种子信号为线性调频脉冲、移频本振信号和变频本振信号为点频信号、选通信号为具有特定占空比的方波信号）。
移频单元，包括：第一调制器，用于将前一次拼接单元产生的拼接信号调制到复合光载波上，产生光载拼接信号；第一光滤波器，用于选通光载拼接信号中一侧的一阶调制边带信号，产生移频拼接信号；第二耦合器，用于将移频拼接信号进行功率分束，产生待拼接光信号和待变频光信号；光移频器，用于通过移频本振光信号对移频光载波向第一光滤波器选通的另一侧移频，产生移频本振信号；第三耦合器，用于将待拼接光信号与移频本振光信号合束，产生合束移频信号。
拼接单元，包括：可调光延时线，用于对合束移频信号进行延时，产生延时移频光信号；第一探测器，用于对延时移频光信号进行光电转换，产生延时移频电信号；电开关，用于根据微波源产生的选通信号和所需产生信号的带宽对延时移频电信号在时域进行选通，产生选通移频电信号；放大器，用于对选通移频电信号进行功率放大，产生与微波源产生的种子信号功率相当的放大移频电信号；合束器，用于通过将放大移频电信号和微波源产生的种子信号合束，产生拼接信号，拼接信号为种子信号和放大移频电信号的叠加，通过控制光延时量、电放大增益和选通时间实现二者频率和相位在时域的连续拼接。
变频单元，包括：第二调制器，用于将变频本振信号调制到变频光载波上，产生光载变频本振信号；第二光滤波器，用于选通光载变频本振信号中的一个调制边带信号，产生变频本振光信号；第四耦合器，用于将变频本振光信号与待变频光信号合束，产生变频光信号；第二探测器，用于对变频光信号进行光电转换，产生输出信号。
输出信号调频率的正负可通过同时改变光移频器对移频光载波移频方向的正负和种子信号调频率的正负重构；输出信号的中心频率可通过改变第二光滤波器所选通调制边带的正负和阶数、或变频本振信号的中心频率、或种子信号的中心频率实现重构；输出信号的带宽可通过改变电开关选通的时间实现重构。
另一方面，本发明还提供了一种宽带多波段可重构信号产生方法，由上述宽带多波段可重构信号产生装置执行如下步骤：
通过光电信号源由同一连续波光载波经过功率分束产生移频光载波、复合光载波和变频光载波，由同一时频基准产生种子信号、移频本振信号、变频本振信号和选通信号，其中，种子信号为线性调频脉冲、移频本振信号和变频本振信号为点频信号、选通信号为具有特定占空比的矩形波信号；通过移频单元将移频本振信号和种子信号分别调制到移频光载波和复合光载波，再进行滤波和功率耦合，产生合束移频信号和待变频光信号；通过拼接单元对合束移频信号进行光延时、光电转换和电放大，再由选通信号进行时域选通后，与种子信号合束，产生拼接信号，其为种子信号和放大移频电信号的叠加，通过控制光延时量、电放大增益和选通时间实现二者频率和相位在时域的连续拼接；通过变频单元对变频本振信号和拼接信号进行光混频，实现对拼接信号的变频，产生所需的输出信号；
通过同时改变移频器对移频光载波移频方向的正负和种子信号调频率的正负，重构输出信号调频率的正负；通过改变第二光滤波器所选通调制边带的正负和阶数、或变频本振信号的中心频率、或种子信号的中心频率，重构输出信号的中心频率；通过改变电开关选通的时间重构输出信号的带宽。
本发明的有益效果在于：
1. 在移频单元和拼接单元中，通过光移频器和第一调制器构建并行调制架构，实现由移频本振信号对种子信号的移频，通过同时改变光移频器移频方向的正负和种子信号调频率的正负可重构输出信号调频率的正负，通过改变种子信号的中心频率可重构输出信号的中心频率，通过改变电开关选通的时间重构输出信号的带宽，重构方式灵活，链路复杂度低。
2. 在移频单元和变频单元中，通过第一调制器与第二调制器构建并行调制架构，实现由变频本振信号对拼接信号的变频，改变第二光滤波器所选通调制边带的正负和阶数或变频本振信号的中心频率可重构输出信号的中心频率，扩大了输出信号中心频率的重构范围、增强了其重构灵活性，链路复杂度低。
附图说明
图1 为本发明一种宽带多波段可重构信号产生装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
如图1所示，本发明提出了一种宽带多波段可重构信号产生装置，包括：
光电信号源，用于产生移频和变频所需的光载波和微波信号。进一步包括：光源，用于产生连续波光载波；第一耦合器，用于将所述连续波光载波进行功率分束，产生移频光载波、复合光载波、变频光载波；微波源，用于基于同一时频基准产生种子信号、移频本振信号、变频本振信号和选通信号（其特征为：种子信号为线性调频脉冲、移频本振信号和变频本振信号为点频信号、选通信号为具有特定占空比的方波信号）。
移频单元，用于将移频本振信号和种子信号分别调制到移频光载波和复合光载波，再进行滤波和功率耦合，产生合束移频信号和待变频光信号。进一步包括：第一调制器，用于将前一次拼接单元产生的拼接信号调制到复合光载波上，产生光载拼接信号；第一光滤波器，用于选通光载拼接信号中一侧的一阶调制边带信号，产生移频拼接信号；第二耦合器，用于将移频拼接信号进行功率分束，产生待拼接光信号和待变频光信号；光移频器，用于通过移频本振信号对移频光载波向第一光滤波器选通的另一侧移频，产生移频本振光信号；第三耦合器，用于将待拼接光信号与移频本振光信号合束，产生合束移频信号。
拼接单元，用于对合束移频信号进行延时、光电转换和放大，再经过选通后与种子信号合束，产生拼接信号。进一步包括：可调光延时线，用于对合束移频信号进行延时，产生延时移频光信号；第一探测器，用于对延时移频光信号进行光电转换，产生延时移频电信号；电开关，用于根据微波源产生的选通信号和所需产生信号的带宽对延时移频电信号在时域进行选通，产生选通移频电信号；放大器，用于对选通移频电信号进行功率放大，产生与微波源产生的种子信号功率相当的放大移频电信号；合束器，用于通过将放大移频电信号和微波源产生的种子信号合束，产生拼接信号，拼接信号为种子信号和放大移频电信号的叠加，通过控制光延时量、电放大增益和选通时间实现二者频率和相位在时域的连续拼接。
变频单元，用于通过光混频实现变频本振信号对拼接信号的变频，产生所需的输出信号。进一步包括：第二调制器，用于将变频本振信号调制到变频光载波上，产生光载变频本振信号；第二光滤波器，用于选通光载变频本振信号中的一个调制边带信号，产生变频本振光信号；第四耦合器，用于将变频本振光信号与待变频光信号合束，产生变频光信号；第二探测器，用于对变频光信号进行光电转换，产生输出信号。
输出信号调频率的正负可通过同时改变光移频器对移频光载波移频方向的正负和种子信号调频率的正负重构；输出信号的中心频率可通过改变第二光滤波器所选通调制边带的正负和阶数、或变频本振信号的中心频率、或种子信号的中心频率实现重构；输出信号的带宽可通过改变电开关选通的时间实现重构。
由于幅值对最终的计算结果影响较小，以下推导过程中忽略。
在光电信号源中，光源产生连续波光载波，数学表达为，其中，/>为时间，/>为光载波频率，j为虚数单位。该信号经第一耦合器进行功率分束，产生移频光载波、复合光载波、变频光载波。微波源基于同一时频基准产生种子信号/>、移频本振信号/>、变频本振信号/>和选通信号/>。数学表达为：
，
，
，
。
其中，为种子信号的起始频率，/>为种子信号的调频率（此处设/>），n+1为周期数，/>为种子信号的周期，/>为种子信号的脉宽，/>为变频本振信号的频率，
，
。
在拼接单元中，选通信号输入至电开关，控制开关通断，在时电开关为断开状态，合束器产生的拼接信号为种子信号。在移频单元中，该拼接信号经第一调制器调制复合光载波，产生光载拼接信号，再经第一光滤波器选通正一阶调制边带，产生移频拼接信号/>，数学表达为：
。
移频拼接信号经第二耦合器进行功率分束，产生待拼接光信号和待变频光信号；移频本振信号通过光移频器调制移频光载波，产生移频本振光信号，数学表达为：
。
待拼接光信号与移频本振光信号经第三耦合器进行合束，产生合束移频信号。
在拼接单元中，合束移频信号经过延时为的可调光延时线，产生延时移频光信号，再经过探测器进行光电转换、电开关选通和放大器放大，产生放大移频电信号/>，数学表达为：
，
进一步代入得：
。
该信号与种子信号合束，产生第一次循环所得的拼接信号。由于在时刻，种子信号的频率为/>、相位为/>，延时移频电信号的频率为、相位为/>。为使二者拼接为一个理想的线性调频信号，在该时刻的频率和相位均需相同，即需满足下式：
进一步化简为：
，
即设置种子信号的起始频率、脉宽/>和调频率/>满足上式，可实现放大移频电信号和种子信号的频率和相位在时域的连续拼接，由此产生的拼接信号的数学表达为：
，
。
由此可见，所得拼接信号的起始频率仍为，周期仍为/>，但其脉宽为/>，带宽为/>。该拼接信号再次经第一调制器调制复合光载波，进入下一次循环。当经过/>（）次循环后，产生的放大移频电信号表达式为：
进一步代入得，
，
。
该信号在时刻的频率和相位与第一次循环产生的放大移频电信号一致，因此可与和种子信号的频率和相位在时域的连续拼接，产生第/>循环后的拼接信号，数学表达为：
，
，
当循环次数达到次及以上时，电开关仅选通/> 时间内的延时移频电信号，经放大后与种子信号产生的拼接信号的数学表达为：
，
。
此时，所得拼接信号的起始频率仍为，周期仍为/>，但其脉宽为/>，带宽为/>，即时宽和脉宽均扩展为种子信号的/>倍。第二耦合器产生的待变频光信号的数学表达为：
。
在变频单元中，变频本振信号经第二调制器调制在变频光载波上，再经第二光滤波器选通出第x阶调制边带信号，产生变频本振光信号，数学表达为：
。
该信号经第四耦合器与待变频光信号合束，再经第二探测器进行光电转换实现变频本振信号对拼接信号的变频，产生输出信号，数学表达为：
。
由此可见，输出信号的起始频率为，可通过改变第二光滤波器所选通调制边带的正负和阶数（即/>的正负和大小）、或改变变频本振信号的中心频率/>、或同时改变种子信号的中心频率/>实现重构；输出信号的带宽为/>，可通过改变电开关选通的时间（即/>）实现重构；输出信号的调频率为/>，即为正，可通过同时改变光移频器为正移频、改变种子信号调频率为负，重构其为负。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种宽带多波段可重构信号产生装置，其特征在于，包括：
光电信号源，包括：光源，用于产生连续波光载波；第一耦合器，用于将所述连续波光载波进行功率分束，产生移频光载波、复合光载波、变频光载波；微波源，用于基于同一时频基准产生种子信号、移频本振信号、变频本振信号和选通信号；
移频单元，包括：第一调制器，用于将前一次拼接单元产生的拼接信号调制到复合光载波上，产生光载拼接信号；第一光滤波器，用于选通光载拼接信号中一侧的一阶调制边带信号，产生移频拼接信号；第二耦合器，用于将移频拼接信号进行功率分束，产生待拼接光信号和待变频光信号；光移频器，用于通过移频本振信号对移频光载波向第一光滤波器选通的另一侧移频，产生移频本振光信号；第三耦合器，用于将待拼接光信号与移频本振光信号合束，产生合束移频信号；
拼接单元，包括：可调光延时线，用于对合束移频信号进行延时，产生延时移频光信号；第一探测器，用于对延时移频光信号进行光电转换，产生延时移频电信号；电开关，用于根据微波源产生的选通信号和所需产生信号的带宽对延时移频电信号在时域进行选通，产生选通移频电信号；放大器，用于对选通移频电信号进行功率放大，产生与微波源产生的种子信号功率相当的放大移频电信号；合束器，用于通过将放大移频电信号和微波源产生的种子信号合束，产生拼接信号，拼接信号为种子信号和放大移频电信号的叠加，通过控制光延时量、电放大增益和选通时间实现二者频率和相位在时域的连续拼接；
变频单元，包括：第二调制器，用于将变频本振信号调制到变频光载波上，产生光载变频本振信号；第二光滤波器，用于选通光载变频本振信号中的一个调制边带信号，产生变频本振光信号；第四耦合器，用于将变频本振光信号与待变频光信号合束，产生变频光信号；第二探测器，用于对变频光信号进行光电转换，产生输出信号。
2.根据权利要求1所述的一种宽带多波段可重构信号产生装置，其特征在于，所述微波源产生的种子信号为线性调频脉冲；移频本振信号和变频本振信号为点频信号；选通信号为具有特定占空比的方波信号。
3.一种宽带多波段可重构信号产生方法，其特征在于，由权利要求1-2任一项所述的一种宽带多波段可重构信号产生装置执行如下步骤：
通过光电信号源由同一连续波光载波经过功率分束产生移频光载波、复合光载波和变频光载波，由同一时频基准产生种子信号、移频本振信号、变频本振信号和选通信号，其中，种子信号为线性调频脉冲、移频本振信号和变频本振信号为点频信号、选通信号为具有特定占空比的矩形波信号；通过移频单元将移频本振信号和种子信号分别调制到移频光载波和复合光载波，再进行滤波和功率耦合，产生合束移频信号和待变频光信号；通过拼接单元对合束移频信号进行光延时、光电转换和电放大，再由选通信号进行时域选通后，与种子信号合束，产生拼接信号，其为种子信号和放大移频电信号的叠加，通过控制光延时量、电放大增益和选通时间实现二者频率和相位在时域的连续拼接；通过变频单元对变频本振信号和拼接信号进行光混频，实现对拼接信号的变频，产生所需的输出信号；
通过同时改变光移频器对移频光载波移频方向的正负和种子信号调频率的正负，重构输出信号调频率的正负；通过改变第二光滤波器所选通调制边带的正负和阶数、或变频本振信号的中心频率、或种子信号的中心频率，重构输出信号的中心频率；通过改变电开关选通的时间重构输出信号的带宽。
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| Title |
|---|
| DONG JINGWEN 等: "Photonic Stretch Receiver Using an Optical Phase Correlated Reference Signal in a Coherent -detection Iink", 2019 INTERNATIONAL TOPICAL MEETING ON MICROWAVE PHOTONICS, 1 January 2019 (2019-01-01) * |
| 吴彭生;吴冉;魏正武;王凯;: "基于声光调制的微波信号多普勒移频技术", 压电与声光, no. 03, 15 June 2020 (2020-06-15) * |
Also Published As
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| CN117907981B (zh) | 2024-05-14 |
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