ES2615497T3 - Sistema de radar digital asistido por fotones - Google Patents

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ES2615497T3
ES2615497T3 ES12164336.5T ES12164336T ES2615497T3 ES 2615497 T3 ES2615497 T3 ES 2615497T3 ES 12164336 T ES12164336 T ES 12164336T ES 2615497 T3 ES2615497 T3 ES 2615497T3
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Luigi Pierno
Massimiliano Dispenza
Alessandro Gatta
Annamaria Fiorello
Alberto Secchi
Massimo Ricci
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Abstract

Un sistema de radar digital asistido por fotones (1) que comprende: - una antena de barrido electrónico activa (2); - una sección de transmisión (3) conectada a la antena (2) y configurada para generar y transmitir señales de RF (SF1) a través de la antena (2); y - una sección de recepción (4) conectada a la antena (2) y configurada para recibir y procesar señales eléctricas analógicas (SE2) asociadas a señales de RF recibidas (SF2); comprendiendo la sección de transmisión (3): - un generador de formas de onda (5) configurado para generar una señal de modulación eléctrica en la forma de una onda pulsada (SWG); y - un modulador (6) configurado para recibir una portadora de transmisión eléctrica (STALO) y la señal eléctrica de modulación (SWG) y modular la portadora de transmisión (STALO) mediante la señal de modulación (SWG), generando así una señal de radiofrecuencia (SF1) que se va a transmitir a través de la antena (2); caracterizado por que la sección de recepción (4) comprende: - un medio de conversión analógico-digital asistido por fotones (8) configurado para convertir las señales eléctricas analógicas (SE2) en señales eléctricas digitales (SED) correspondientes; y - un medio de procesamiento de señales digitales (9) configurado para recibir y procesar las señales eléctricas digitales (SED); en el que el medio de conversión analógico-digital asistido por fotones (8) comprende: - un dispositivo láser de modo bloqueado (11) configurado para generar una señal óptica de reloj (SS); y - un medio electrónico de conversión analógico-digital (13); el medio electrónico de conversión analógico-digital (13), el generador de formas de onda (5), el modulador (6) y el medio de procesamiento de señales digitales (9) están configurados para operar basándose en las señales eléctricas de reloj (CK3), (CK1 ), (CK2), (CK4) respectivas generadas basándose en la señal óptica de reloj (SS).

Description

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DESCRIPCION
Sistema de radar digital asistido por fotones Campo tecnico de la invencion
La presente invencion se refiere a un sistema de radar digital asistido por fotones y, en particular, a un radar multimision y multifuncional equipado con una antena de barrido electronico activa (AESA), a la que se hara referencia en la siguiente descripcion sin perderse en la generalidad.
Estado de la tecnica
Como se conoce, por ejemplo, a partir del documento US 5.117.239, los sistemas de radar comprenden una antena configurada para recibir y transmitir senales de RF (radiofrecuencia); una seccion de transmision conectada a la antena y configurada para generar y transmitir senales de RF mediante la antena; y una seccion de recepcion conectada a la antena y configurada para recibir y procesar senales de RF recibidas de la antena, para cambiarlas a banda base o a una frecuencia intermedia, y convertirlas en senales digitales correspondientes, que despues se procesan adecuadamente.
En particular, la seccion de transmision comprende un generador de formas de onda (WC), configurado para generar una senal de modulacion constituida por una onda pulsada; y un modulador, configurado para modular una portadora con la senal de modulacion y suministrar la senal de RF generada asf a la antena para su transmision.
La seccion de recepcion comprende en cambio un convertidor analogico-digital (ADC) configurado para recibir las senales de RF recibidas por la antena o las senales de banda base o de frecuencia intermedia correspondientes y convertirlas en senales digitales; y un procesador digital de senales (DSP) configurado para recibir y procesar las senales digitales suministradas por el convertidor analogico-digital y procesarlas adecuadamente.
La conversion analogica-digital de las senales de RF recibidas por la antena incluye un muestreo de las mismas mediante una senal de muestreo suministrada por un dispositivo electronico de reloj adecuado. Actualmente, la frecuencia maxima de muestreo que se puede alcanzar es del orden de unos pocos GHz debido, principalmente, a las interferencias electromagneticas a las cuales son propensos los convertidores analogico-digitales durante la operacion de los mismos y a las limitaciones de rendimiento de los dispositivos electronicos utilizados, y por lo tanto este tipo de arquitectura de conversion analogica-digital de hecho no se puede utilizar en todas aquellas aplicaciones en las que se necesita un muestreo del orden de varias decenas de GHz.
A tal fin, se ha sugerido el uso de dispositivos electronicos analogicos en lugar de dispositivos digitales en la seccion receptora. Sin embargo, tal solucion no es practica por que el comportamiento no lineal y el ruido de fase alto introducidos por los dispositivos electronicos analogicos causan una limitacion del rendimiento de los sistemas de radar tanto en terminos de recepcion de senal como en terminos de procesamiento de datos coherentes.
Objeto y sumario de la invencion
La presente invencion proviene de la idea de utilizar convertidores analogico-digitales asistidos por fotones conocidos en sistemas de radar, en los que una senal electrica analogica que se va a convertir en digital se convierte primero en una senal optica correspondiente, despues se muestrea opticamente y despues se reconvierte en una senal electrica digital correspondiente.
En este tipo de convertidores analogico-digitales, la senal electronica analogica modula una portadora optica pulsada constituida por impulsos de luz de duracion del orden de picosegundos (10-12 s), siendo esta una operacion que corresponde a un muestreo optico de la senal electrica analogica, y la senal optica asf generada se convierte entonces en una senal electrica digital mediante dispositivos de conversion electroopticos adecuados, normalmente fotodiodos.
Se describen ejemplos de convertidores analogico-digitales asistidos por fotones en el documento US 6.771.201 y en Pierno, L. et al: "A photonic ADC for radar and EW applications based on modelocked laser", Reunion tematica internacional sobre fotonica de microondas (2008), organizada conjuntamente con la conferencia de fotonica de microondas de Asia-Padfico 2008. MWP/APMP 2008., IEEE, PISCATAWAY, NJ, EE. UU., 9 de septiembre de 2008 (9/9/2008), paginas 236-239, XP031358081, ISBN: 978-1-4244-2168-8.
Por lo tanto, el solicitante ha realizado un estudio exhaustivo destinado a identificar una arquitectura de las secciones de recepcion y transmision que al aprovechar las caractensticas de los convertidores analogico-digitales asistidos por fotones, permite mejorar el rendimiento de los sistemas de radar en su conjunto.
Segun la presente invencion, se proporciona un sistema de radar digital asistido por fotones, como se reivindica en las reivindicaciones adjuntas.
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En terminos generales, en el sistema de radar digital asistido por fotones segun la presente invencion se utiliza una senal optica de reloj generada por un dispositivo laser de modo unico bloqueado (dispositivo MLL) en el convertidor analogico-digital asistido por fotones tanto para llevar a cabo la conversion analogica-digital asistida por fotones como se ha descrito anteriormente como para sincronizar ventajosamente una pluralidad de dispositivos electronicos presentes en el sistema de radar digital asistido por fotones.
Breve descripcion de los dibujos
La figura 1 muestra, esquematicamente, un sistema de radar digital asistido por fotones, elaborado segun dicta la presente invencion;
la figura 2 muestra, esquematicamente, un convertidor analogico-digital asistido por fotones utilizado en el sistema de radar digital asistido por fotones mostrado en la figura 1;
la figura 3 muestra, esquematicamente, una primera arquitectura del sistema de radar digital asistido por fotones, elaborada segun dicta la presente invencion;
la figura 4 muestra, esquematicamente, una segunda arquitectura del sistema de radar digital asistido por fotones elaborada segun dicta la presente invencion;
la figura 5 muestra, esquematicamente, una tercera arquitectura del sistema de radar digital asistido por fotones elaborada segun dicta la presente invencion;
la figura 6 muestra, esquematicamente, una cuarta arquitectura del sistema de radar digital asistido por fotones elaborada segun dicta la presente invencion;
la figura 7 muestra, esquematicamente, una quinta arquitectura del sistema de radar digital asistido por fotones elaborada segun dicta la presente invencion; mientras
la figura 8 muestra, esquematicamente, una sexta arquitectura del sistema de radar digital asistido por fotones elaborada segun dicta la presente invencion.
Descripcion detallada de las realizaciones preferentes de la invencion
La presente invencion se describira ahora en detalle con referencia a las figuras adjuntas con el fin de permitir que un experto en la tecnica la elabore y la utilice. Diversos cambios en las realizaciones descritas seran inmediatamente evidentes para un experto en la tecnica y los principios genericos descritos pueden aplicarse a otras realizaciones y aplicaciones sin apartarse, por ello, del alcance de proteccion de la presente invencion, tal como se define en las reivindicaciones adjuntas. Por lo tanto, la presente invencion no debe considerarse limitada a las realizaciones descritas e ilustradas, sino que en vez de eso confiere el alcance mas amplio de proteccion, de acuerdo con los principios y caractensticas descritas y reivindicadas en el presente documento.
Con referencia a la figura 1, el numero de referencia 1 indica en su conjunto un sistema de radar digital asistido por fotones que comprende esencialmente: una antena 2; una seccion de transmision 3 conectada a la antena 2 y configurada para generar y transmitir senales de RF SF1 mediante la propia antena 2; y una seccion de recepcion 4 conectada a la antena 2 y configurada para recibir y procesar las senales de RF SF2.
La antena 2 es del tipo de barrido electronico activo, tambien conocida como “red de antenas en fase”, que comprende una pluralidad de subredes de antenas configuradas para generar un haz de antena que escanea el espacio para permitir llevar a cabo multiples funciones de radar, tales como, por ejemplo, vigilancia del espacio aereo y/o funciones de seguimiento de blancos y/o funciones de grna de misiles y/o funciones de guerra electronica (EW).
En particular, la red de antenas en fase puede comprender una antena fija o una antena giratoria que se acopla a un bastidor o base de soporte (no mostrada) mediante elementos giratorios electromecanicos, por ejemplo, una articulacion giratoria (del tipo conocido y no mostrada), estructurada para girar la antena con respecto a la base de soporte alrededor de un eje de revolucion predeterminado (no mostrado), preferentemente un eje vertical.
Segun una realizacion preferente mostrada en la figura 1, la seccion de transmision 3 comprende un generador de formas de onda 5 configurado para generar una onda pulsada constituida por una senal electrica de modulacion SWG que comprende una secuencia de impulsos de radar de transmision electrica; y un mezclador 6 que se configura para recibir en la entrada una portadora de transmision electrica STALO y la senal de modulacion SWG para generar la senal de RF SF1 que se va a transmitir mediante la antena 2.
En particular, el generador de formas de onda 5 se configura para recibir como entrada una senal electrica de reloj CK1 y cronometrar la generacion de los impulsos de transmision electrica que componen la senal electrica de modulacion SWG basandose en la senal electrica de reloj CK1 recibida.
El mezclador 6 se conecta a la salida de un filtro 7, por ejemplo, un filtro de paso de banda, que a su vez se configura para recibir una senal electrica de reloj CK2 como entrada y filtra adecuadamente la propia senal electronica de reloj CK2 para suministrar la portadora de transmision STALO al modulador 6.
Con referencia a la realizacion mostrada en la figura 1, la seccion de recepcion 4 comprende un convertidor
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analogico-digital asistido por fotones 8, que recibe una senal electrica analogica SE2, eco de la senal de RF SF2, desde la antena 2 mediante un filtro 10 de tipo preselector de paso de banda, que lleva a cabo un muestreo optico de la senal electrica analogica SE2 para obtener una senal optica muestreada SO1 y convierte la senal optica muestreada SO1 en una senal electrica digital correspondiente.
En otras palabras, el convertidor analogico-digital asistido por fotones 8 se configura para modular mediante la senal electrica analogica SE2 una portadora optica pulsada constituida por impulsos de luz del orden de picosegundos (10'12s) para obtener un muestreo optico de la propia senal analogica SE2, que opera en un dominio de senal electrica analogica SE2 de alta frecuencia, es decir, que esta comprendido en una primera banda de frecuencias, que se indica a continuacion como "banda ancha" asociada a la banda operativa global del sistema de radar 1 y que corresponde a un intervalo de frecuencia comprendido entre aproximadamente 0 y 20-40 GHz, preferentemente 0-35 GHz;
- convertir la senal optica muestreada SO1, obtenida a partir del muestreo, en una senal electrica analogica muestreada SEC;
- digitalizar la senal electrica analogica muestreada SEC para obtener una senal electrica digital SED, que opera tanto en el dominio de las senales opticas SO1 como en el dominio de las senales electricas analogicas muestreadas SEC, a una frecuencia intermedia comprendida en una segunda banda de frecuencias, indicada a continuacion como "banda instantanea", asociada a la banda operativa de hecho disponible en recepcion.
En la descripcion anterior cabe destacar que si la senal analogica de la banda de operacion SE2 es una banda estrecha fraccionada, las extensiones de la banda instantanea pueden ser incluso inferiores a la banda de operacion para algunas funciones.
En tal caso, el convertidor analogico-digital asistido por fotones 8 reduce el muestreo de la senal analogica SE2, obteniendose asf la senal optica muestreada SO1 de las bandas intermedias. Implfcitamente, el convertidor analogico-digital asistido por fotones 8 lleva a cabo una conversion descendente en la "banda instantanea" de la senal electrica analogica muestreada SEC.
La seccion de recepcion 4 esta provista ademas de una unidad de procesamiento que comprende, por ejemplo, un procesador digital de senales 9, que se configura para recibir y procesar adecuadamente la senal electrica digital SED.
En la realizacion preferente mostrada en las figuras 1 y 2, el convertidor analogico-digital asistido por fotones 8 comprende un dispositivo laser de modo bloqueado 11, que se configura para generar la senal optica de reloj SS que comprende una secuencia de impulsos de luz, teniendo cada uno una duracion del orden de picosegundos (10-12 s); y una fase de conversion analogica-digital asistida por fotones 21, que comprende, a su vez, un convertidor de muestreo electrooptico 12 que recibe la senal electrica analogica SE2 y la senal optica de reloj SS de entrada y emite una senal electrica analogica muestreada SEC; y un convertidor electronico analogico-digital 13, que recibe la senal electrica analogica muestreada SEC de entrada, y se configura para convertir la senal electronica analogica muestreada SEC en la senal electrica digital SED.
En particular, el convertidor de muestreo electrooptico 12 se configura para modular una portadora optica pulsada que corresponde a la senal optica de reloj SS basandose en la senal electrica analogica SE2 para generar la senal optica SO1 muestreada que comprende los muestreos opticos asociados a la senal electrica analogica SE2 y convierte la propia senal optica muestreada SO1 en la senal electrica analogica muestreada SEC que comprende las muestras electricas asociadas a las muestras opticas.
Segun la realizacion preferente mostrada en la figura 2, el dispositivo de conversion de muestreo electrooptico 12 esta provisto de una unidad de modulacion electrooptica 14, que comprende preferentemente un modulador Mach- Zender, que tiene una entrada optica conectada a la salida del dispositivo laser de modo bloqueado 11 mediante un medio optico 15 para recibir la senal optica de reloj SS; una senal electrica conectada al filtro 10 para recibir la senal electrica analogica SE2; y una salida que genera la senal optica muestreada SO1.
En particular, la unidad de modulacion electrooptica 14 se configura para modular la portadora optica pulsada basandose en la senal electrica analogica SE2 para generar la senal optica muestreada SO1.
En la descripcion anterior cabe destacar que la portadora optica pulsada SS utilizada por la unidad de modulacion electrooptica 14 puede tener una frecuencia inferior a la frecuencia de senal de radar SF2, si es banda estrecha fraccionada, y por lo tanto la senal de radar SF2 puede someterse a una reduccion de muestreo. Esto es posible manteniendo una alta dinamica de la senal electrica analogica muestreada SEC, gracias a la alta estabilidad temporal de la portadora optica pulsada SS (fluctuacion rms <10A-14 s).
El dispositivo de conversion de muestreo electrooptico 12 esta provisto ademas de una unidad de deteccion electrooptica 16, que se acopla opticamente a la unidad de modulacion electrooptica 14, mediante un medio optico 15, para recibir en este ultimo la senal optica muestreada SO1 y, a diferencia del convertidor descrito en el
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documento US6771201, se configura para convertir la senal optica muestreada SO1 en la senal electrica analogica muestreada SEC que opera con convertidores electronicos ADC 13 disponibles a frecuencias de banda instantaneas.
Segun la realizacion preferida mostrada en la figura 2, la unidad de deteccion electrooptica 16 puede estar provista de al menos un convertidor electrooptico que comprende un fotodiodo (no mostrado), que esta controlado por un medio electronico de control (no mostrado) para cronometrar la conversion de la senal optica muestreada SOI en la senal electrica analogica muestreada SEC.
El convertidor analogico-digital asistido por fotones 8 comprende ademas un filtro 20, por ejemplo, un filtro de paso bajo antialiasing de Nyquist que recibe como entrada la senal electrica de muestreo SEC y filtra esta ultima en la banda instantanea para introducirla en el convertidor electronico analogico-digital 13.
Segun la realizacion preferida mostrada en las figuras 1 y 2, la senal optica de reloj SS generada por el dispositivo laser de modo bloqueado 11, ademas de utilizarse convenientemente por el sistema de radar 1 como portadora optica pulsada para obtener la senal optica muestreada SO1 por modulacion, se utiliza ventajosamente para obtener las senales electricas de reloj CK1, CK3, CK4 utilizadas por el generador de formas de onda 5, por el convertidor electronico analogico-digital 13 y por el procesador digital de senales 9, respectivamente.
A tal fin, el sistema de radar 1 comprende una serie de unidades de deteccion electroopticas 22, 23 y 24 que tienen una entrada conectada opticamente a la salida del dispositivo laser de modo bloqueado 11 mediante un medio optico 15 para generar la senal optica de reloj SS, y emitir las senales electricas de reloj CK1, CK3 y CK4 respectivas, que se van a suministrar al generador de formas de onda 5, al convertidor electronico analogico-digital 13, y al procesador digital de senales 9, respectivamente.
En otras palabras, el generador de formas de onda 5, el convertidor electronico analogico-digital 13 y el procesador digital de senales 9 operan, es decir, se cronometran, independientemente entre sf, basandose en las senales electricas de reloj CK1, CK3 y CK4 correspondientes, respectivamente, cada una de las cuales se obtiene a partir de la senal optica de reloj SS, preferentemente, pero no necesariamente mediante una adaptacion/reduccion de frecuencia adecuada.
En este caso concreto, la unidad de deteccion electrooptica 22 se conecta al dispositivo laser de modo bloqueado 11 mediante un dispositivo divisor de frecuencia 22a (division 1:N), que se configura para recibir como entrada la senal optica de reloj SS para emitirla a una frecuencia reducida, apropiada asf para generar la senal electrica de reloj CK1 que se va a suministrar al generador de formas de onda 5.
Segun la realizacion preferente mostrada en la figura 1, la senal optica de reloj SS generada por el dispositivo laser de modo bloqueado 11, ademas de ser utilizada por el sistema de radar 1 como portadora optica pulsada de la senal optica SO1 y referencia de reloj para generar senales electrica de reloj CK1, CK3 y CK4, se utiliza convenientemente para generar la senal electrica de reloj CK2 utilizada para generar la portadora de transmision electrica STALO para suministrar al modulador 6.
A tal fin, el sistema de radar 1 comprende otra unidad de deteccion electrooptica 25, que tiene una entrada conectada opticamente a la salida del dispositivo laser de modo bloqueado 11, mediante un medio optico 15 para recibir la senal optica de reloj SS, y emite la portadora electrica STALO que suministra al modulador 6, mediante el filtro 7.
En la descripcion anterior cabe destacar que la arquitectura de las unidades de deteccion electroopticas 22, 23, 24 y 25 es sustancialmente similar a la unidad de deteccion electrooptica 16, es decir, puede estar provista de un convertidor electrooptico que comprende un fotodiodo configurado para convertir (de manera conocida y, por tanto, no descrita en detalle) los impulsos de luz en impulsos electricos que tienen una frecuencia reducida adecuada segun la sincronizacion del dispositivo electronico al que se suministran, mientras que el medio optico 15 puede elaborarse mediante grnas de ondas que comprenden filtros opticos para transmitir la senal optica de reloj SS.
En la descripcion anterior, cabe destacar que la frecuencia de la senal electrica de reloj CK2 utilizada para generar la portadora electrica STALO que se va a introducir en el mezclador 6 es diferente de la frecuencia de la senal optica de reloj SS (las dos senales no pueden ser multiples) para asegurar una correcta ejecucion del muestreo optico mediante una unidad de modulacion electrooptica 14 y la unidad de deteccion electrooptica 16.
La seccion de recepcion 4 del sistema de radar 1 descrita anteriormente puede elaborarse ventajosamente segun diferentes arquitecturas, en cada una de las cuales se utiliza una senal optica de reloj SS generada por el dispositivo laser de modo unico bloqueado 11 presente en el convertidor analogico digital asistido por fotones 8 tanto para llevar a cabo la conversion analogico-digital asistida por fotones de la senal electrica de muestreo SE2 analogica en la senal digital SED como para generar las senales electricas de reloj CK1, CK2, CK3 y CK4.
Las figuras 3 y 4 muestran, esquematicamente, dos posibles arquitecturas asistidas por fotones diferentes de la
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seccion de recepcion 4 de un sistema de radar 1, en la que la antena de barrido electronico activa 2 comprende una pluralidad de subredes de antenas 29 conectadas al procesador digital de senales 9 mediante un convertidor analogico-digital asistido por fotones 8 que comprende el dispositivo laser de modo bloqueado 11 que genera la senal optica de reloj SS y una pluralidad de fases de conversion analogica-digital asistidas por fotones 21, cada una de las cuales conecta una subred de antena 29 relativa al procesador digital de senales 9 y esta adaptada para recibir una portadora optica pulsada obtenida basandose en la senal optica de reloj obtenida basandose en la senal optica de reloj SS generada por el dispositivo laser de modo unico bloqueado 11.
En particular, la arquitectura de la seccion de recepcion 4 mostrada en la figura 3 presenta una aplicacion ventajosa, pero no exclusiva, en los denominados sistemas de radar 1 "multimision", es decir, sistemas equipados con una antena multicanal 2 receptora de barrido electronico activa y conocida como "radares M-AESA" (red multimision de barrido electronico activa, M-AESA).
En la realizacion preferente mostrada en la figura 3, la antena 2 comprende una parte de antena giratoria indicada por el numero de referencia 30, en la que estan alojadas las subredes de antenas 29; y una parte de antena fija, indicada por el numero de referencia 31, que acomoda el procesador digital de senales 9, y puede estar dispuesta bajo la parte giratoria 30 para formar la base de soporte de la propia antena giratoria o, alternativamente, puede estar dispuesta en una parte remota con respecto a la propia parte de antena giratoria 30.
La seccion de recepcion 4 de la antena multicanal de barrido electronico activa 2 mostrada en la figura 3 tiene una arquitectura en la que cada una de las fases de conversion analogica-digital asistida por fotones 21 asociadas a las subredes de antenas 29 han alojado la unidad de modulacion electrooptica 14 respectiva en la parte de antena giratoria 30, mientras que los componentes restantes, es decir, la unidad de deteccion electrooptica 16 y el convertidor analogico-digital electronico 13 se disponen en la parte de antena fija 31.
En particular, la arquitectura de la seccion receptora 4 de la antena multireceptora de barrido electronico activa incluye que el dispositivo laser de modo bloqueado 11 este alojado en la parte de antena giratoria 30, mientras que la unidad de deteccion electrooptica 23 que genera las senales electricas de reloj CK3 que se van a suministrar a los convertidores analogico-digitales electronicos 13 este alojada en la parte de antena fija 31.
La arquitectura de la seccion de recepcion 4 de la antena multireceptora de barrido electronico activa 2 incluye ademas que la senal optica muestreada SO1 generada por cada unidad de modulacion electrooptica 14 y la senal optica de reloj SS generada por el dispositivo laser de modo bloqueado 11 se comunican a la unidad de deteccion electrooptica 16 y a la unidad de deteccion electrooptica 23, respectivamente, mediante el medio optico 15 dispuesto en la articulacion giratoria 32 acoplada a la parte de antena giratoria 30 y/o a la parte de antena fija 31.
Ademas, cabe destacar que las senales electricas de muestreo SEC son ventajosamente procesadas por el procesador digital de senales 9 que se dispone en una posicion remota con respecto a la posicion de la parte de antena giratoria 30, mientras que el flujo de impulsos de luz que forman la senal optica muestreada SO1 y atraviesan el medio optico 15 en la articulacion giratoria 32 se puede obtener mediante tecnicas de modulacion del tipo de Multiplexacion por Dominio de Longitud de onda.
En cambio, la arquitectura de la seccion de recepcion 4 mostrada en la figura 4 presenta una aplicacion ventajosa, pero no exclusiva, en los sistemas de radar M-AESA 1 provistos de una antena multireceptora de barrido electronico activa 2 de tipo fijo, provista de una parte de antena fija 31 .
En particular, la arquitectura mostrada en la figura 4 difiere de la arquitectura mostrada en la figura 3 por que la parte de antena fija 31 aloja: las subredes de antenas 29, el dispositivo laser de modo bloqueado 11 y la conversion analogico-digital asistida por fotones 21 asociada a las subredes de antenas 29.
En la descripcion anterior cabe destacar que las arquitecturas mostradas en las figuras 3 y 4 estan convenientemente adaptadas para utilizarse en sistemas de radar M-AESA por que permiten obtener el haz de antena asociado a las subredes de antenas 29 directamente en el dominio electrico digital, convenientemente utilizando una unica senal optica de reloj en el “extremo frontal” de la antena, disponible gracias a la presencia del dispositivo laser de modo bloqueado 11 contenido en el convertidor analogico-digital asistido por fotones 8.
La figura 5 ilustra, esquematicamente, una arquitectura diferente de la seccion de recepcion 4 de un sistema de radar 1, en la que la antena multireceptora de barrido electronico activa comprende un dispositivo formador de haz de RF analogico 33 que opera en el dominio de senal de RF, que recibe como entrada las senales electricas analogicas SE2 asociadas a las senales de RF SF2 recibidas desde las subredes de antenas 29 y se configura para combinar las propias senales electricas analogicas SE2 (de manera conocida y, por tanto, no descritas en detalle) para emitir tres senales electricas analogicas I, Aaz y Ael, que indican la forma angular (forma gaussiana, etc.), el angulo oscilante o de azimut y el angulo de elevacion del haz de antena, respectivamente.
La arquitectura mostrada en la figura 5 incluye ademas un convertidor analogico-digital asistido por fotones 8 provisto de tres fases de conversion analogica-digital asistidas por fotones 21 que reciben en entrada la senal optica
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de reloj SS generada por el dispositivo laser de modo bloqueado 11 y las tres senales analogicas I, Aaz y Ael, y emiten las senales electricas I, Aaz y Ael en el formato digital para alimentarse al procesador digital de senales 9 que las procesa para determinar la informacion de radar requerida.
De manera similar a la arquitectura mostrada en la figura 3, la arquitectura mostrada en la figura 5 presenta una aplicacion ventajosa, pero no exclusiva, en los sistemas de radar M-AESA 1 provistos de una parte de antena giratoria 30, una parte de antena fija 31 y una articulacion giratoria 32.
En particular, la parte de antena giratoria 30 aloja las subredes de antenas 29 y el dispositivo formador de haz de RF analogico 33, mientras que la parte de antena fija 31 aloja el dispositivo laser de modo bloqueado 11, las tres fases de conversion analogica-digital asistidas por fotones 21, la unidad de deteccion electrooptica 23 configurada para proporcionar las senales electricas de reloj CK3 a cada convertidor electrico analogico-digital 13 basandose en la senal optica de reloj SS producida por el dispositivo laser de modo bloqueado 11; y el procesador digital de senales 9.
Las senales de haz I, Aaz y Ael generadas por el dispositivo formador de haz de RF analogico 33 se suministran al convertidor analogico-digital asistido por fotones 8 mediante el medio electrico (no mostrado) dispuesto en la articulacion giratoria 32.
De manera similar a las arquitecturas mostradas en la figura 4, la arquitectura de la seccion receptora 4 mostrada en la figura 6 presenta una aplicacion ventajosa, pero no exclusiva, en los sistemas de radar M-AESA 1 provistos unicamente de una parte de antena fija 31.
En particular, la arquitectura mostrada en la figura 6 difiere de la arquitectura mostrada en la figura 5 por que, por una parte, no incluye el uso de una articulacion giratoria y, por otra parte, la parte de antena fija 31 tambien aloja la unidad de deteccion electrooptica 22, el dispositivo laser de modo bloqueado 11 y las tres conversiones analogico- digitales asistidas por fotones 8, ademas de las subredes de antenas 29 y el dispositivo formador de haz RH analogico 33.
La figura 7 muestra, esquematicamente, una arquitectura diferente de la seccion de recepcion 4 de un sistema de radar 1, ventajosamente, pero no exclusivamente aplicable en aplicaciones de radar de banda ancha instantaneas, tales como, por ejemplo, aplicaciones electronicas de guerra o sistemas de antenas M-AESA.
En particular, en la arquitectura mostrada en la figura 7, la fase de conversion analogica-digital asistida por fotones 21 comprende una unidad de deteccion de conmutacion de entrelazado 40, que se configura para: recibir en entrada la senal optica muestreada SO1 generada por la unidad de modulacion electrooptica 14 basandose en una frecuencia de muestreo asociada a la senal optica de reloj SS; e implementa una paralelizacion de la senal optica muestreada SO1 para obtener/emitir una pluralidad de senales electricas analogicas de muestreo SEC que tienen frecuencias inferiores a la frecuencia optica de muestreo.
La unidad de deteccion de conmutacion de entrelazado 40 suministra las senales electricas analogicas de muestreo SEC a una pluralidad de convertidores electronicos analogico-digitales 13 que las convierten en senales electricas digitales SED. Tales convertidores electronicos ADC pueden tener una banda operativa que es la decima parte de la del muestreo contenido en SO1.
Los convertidores electronicos analogico-digitales 13 operan basandose en las senales electricas de reloj CK3 obtenidas mediante una unidad de deteccion electrooptica 23, que puede configurarse, a su vez, para gestionar la secuencia de impulsos opticos de alta velocidad de la senal optica de reloj SS generada por el dispositivo laser de modo bloqueado 11 mediante tecnicas de modulacion del tipo WDM (Multiplexacion por Division de Longitud de onda) o del tipo TDM (Multiplexacion por Division de Tiempo).
La figura 8 muestra una posible aplicacion de la arquitectura mostrada en la figura 7 en un sistema de radar 1 provisto de una antena multireceptora de barrido electronico activa 2 que comprende una pluralidad de subredes de antenas 29.
Las subredes de antenas 29 se conectan al procesador digital de senales 9 mediante una pluralidad de fases de conversion analogica-digital asistidas por fotones 21, cada una de las cuales esta provista de una unidad de deteccion de conmutacion de entrelazado 40.
En la descripcion anterior merece la pena especificar que la seccion de recepcion 4 del sistema de radar 1 ilustrada en la figura 8, gracias a la configuracion descrita anteriormente, permite reducir ventajosamente la velocidad de muestreo del convertidor electronico analogico-digital de muestreo 13 y, por tanto, obtener una dinamica mejor, es decir, un mejor numero efectivo real de bits ENOB en la salida de los propios convertidores electronicos analogico- digitales 13.
El sistema de radar descrito anteriormente es extremadamente ventajoso por que, ademas de llevar a cabo la
digitalizacion completa de la senal de radar de RF en una banda ancha, permite utilizar la senal optica de reloj generada por el dispositivo MLL presente en el convertidor analogico-digital asistido por fotones para obtener las senales electricas de reloj presentes en el propio sistema de radar. El uso de la senal optica de reloj determina ademas una reduccion drastica de la interferencia electromagnetica con respecto a los sistemas de radar conocidos. 5
Por ultimo, resulta evidente que se pueden hacer cambios y variaciones a lo que se ha descrito e ilustrado anteriormente sin apartarse del alcance de proteccion de la presente invencion, como se define en las reivindicaciones adjuntas.

Claims (7)

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    REIVINDICACIONES
    1. Un sistema de radar digital asistido por fotones (1) que comprende:
    - una antena de barrido electronico activa (2);
    - una seccion de transmision (3) conectada a la antena (2) y configurada para generar y transmitir senales de RF (SF1) a traves de la antena (2); y
    - una seccion de recepcion (4) conectada a la antena (2) y configurada para recibir y procesar senales electricas analogicas (SE2) asociadas a senales de RF recibidas (SF2);
    comprendiendo la seccion de transmision (3):
    - un generador de formas de onda (5) configurado para generar una senal de modulacion electrica en la forma de una onda pulsada (SWG); y
    - un modulador (6) configurado para recibir una portadora de transmision electrica (STALO) y la senal electrica de modulacion (SWG) y modular la portadora de transmision (STALO) mediante la senal de modulacion (SWG), generando asf una senal de radiofrecuencia (SF1) que se va a transmitir a traves de la antena (2);
    caracterizado por que la seccion de recepcion (4) comprende:
    - un medio de conversion analogico-digital asistido por fotones (8) configurado para convertir las senales electricas analogicas (SE2) en senales electricas digitales (SED) correspondientes; y
    - un medio de procesamiento de senales digitales (9) configurado para recibir y procesar las senales electricas digitales (SED);
    en el que el medio de conversion analogico-digital asistido por fotones (8) comprende:
    - un dispositivo laser de modo bloqueado (11) configurado para generar una senal optica de reloj (SS); y
    - un medio electronico de conversion analogico-digital (13);
    el medio electronico de conversion analogico-digital (13), el generador de formas de onda (5), el modulador (6) y el medio de procesamiento de senales digitales (9) estan configurados para operar basandose en las senales electricas de reloj (CK3), (CK1 ), (CK2), (CK4) respectivas generadas basandose en la senal optica de reloj (SS).
  2. 2. Un sistema segun la reivindicacion 1, en el que el medio de conversion analogico-digital asistido por fotones (8) comprende al menos una fase de conversion analogica-digital asistida por fotones (21) que comprende:
    - al menos una unidad de modulacion (14) configurada para modular una portadora optica pulsada obtenida basandose en la senal optica de reloj (SS) mediante una senal electrica analogica (SE2) asociada a una senal de RF (SF2) recibida por la antena (2), generando asf una senal optica muestreada (SO1) que contiene muestras de la senal electrica analogica (SE2) recibida por la antena (2);
    - al menos una unidad de deteccion electrooptica (16) configurada para convertir una senal optica muestreada (SO1) en una senal electrica analogica muestreada (SEC) correspondiente;
    - al menos un convertidor electronico analogico-digital (13) configurado para convertir la senal electrica analogica muestreada (SEC) en una senal digital electrica (SED) correspondiente para el medio de procesamiento de senales digitales (9).
  3. 3. Un sistema segun la reivindicacion 1, en el que una frecuencia de la senal optica de reloj (SS) es inferior a, y no un submultiplo de, una frecuencia de una senal de RF (SF2) recibida; estando el medio de conversion analogico- digital asistido por fotones (8) configurado para submuestrear la senal electrica analogica (SE2) correspondiente, para llevar a cabo una conversion descendente de la banda de frecuencia instantanea de la senal electrica analogica muestreada (SEC) y obtener la senal optica muestreada (SO1) con una banda de frecuencia intermedia.
  4. 4. Un sistema segun las reivindicaciones 2 o 3, en el que la antena (2) esta disenada para alojar al menos una unidad de modulacion electrooptica (14) operable para generar la senal optica muestreada (SO1), y al menos un dispositivo de entrelazado (40) configurado para recibir la senal optica muestreada (SO1) desde la unidad de modulacion electrooptica (14); paralelizar la senal optica muestreada (SO1) para emitir una pluralidad de senales electricas analogicas muestreadas (SEC) con frecuencias inferiores a una frecuencia de la senal optica de reloj (SS); y suministrar las senales electricas analogicas muestreadas (SEC) a los convertidores electronicos analogico- digitales (13) correspondientes operables para convertir las senales electricas analogicas muestreadas (SEC) en senales de radar electricas digitales (SED) correspondientes.
  5. 5. Un sistema segun las reivindicaciones 2 o 3, en el que la antena (2) es una red de antenas en fase que comprende una base de antena fija (31) y una parte de antena (30) montada de manera rotatoria sobre la base de antena (31) y que comprende una pluralidad de subredes de antenas (29), cada una de las cuales se configura para emitir una senal electrica analogica (SE2) asociada a una senal de RF (SF2) correspondiente recibida por la subred de antena (29);
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    disenandose la parte de antena (30) para alojar el dispositivo laser de modo bloqueado de manera operable para
    generar la senal optica de reloj (SS);
    la base de antena (31) esta disenada para alojar:
    - una pluralidad de unidades de deteccion electroopticas (16) configuradas para recibir senales opticas muestreadas (SO1) desde las unidades de modulacion electrooptica (14) correspondientes a traves de un medio optico (15) dispuestos en una articulacion giratoria (32) asociada a la parte de antena (30) y para convertir las senales opticas muestreadas (SO1) en senales electricas analogicas muestreadas (SEC) correspondientes;
    - una pluralidad de convertidores electronicos analogico-digitales (13) configurados para operar basandose en las senales electricas de reloj (CK3) correspondientes obtenidas basandose en la senal optica de reloj (SS) para convertir las senales electricas analogicas muestreadas (SEC) asociadas a las senales opticas muestreadas (SO1), en senales electricas digitales (SED) respectivas; y
    - un medio de procesamiento de senales digitales (9) configurado para procesar las senales electricas digitales (SED).
  6. 6. Un sistema segun las reivindicaciones 2 o 3, en el que la antena (2) comprende una parte de antena fija (31) configurada para alojar:
    - el dispositivo laser de modo bloqueado (11);
    - una pluralidad de fases de conversion analogico-digitales asistidas por fotones (21) configuradas para recibir las senales electricas analogicas (SE2) asociadas a las senales de RF (SF2) recibidas por las subredes de antenas (29); muestrear opticamente las senales electricas analogicas (SE2) para obtener las senales opticas muestreadas (SO1) correspondientes; convertir las senales opticas muestreadas (SO1) en las senales electricas analogicas muestreadas (SEC) correspondientes; y despues convertir las senales electricas analogicas muestreadas (SEC) asociadas a las senales opticas muestreadas (SO1) en senales electricas digitales (SED) correspondientes.
  7. 7. Un sistema segun las reivindicaciones 2 o 3, en el que la antena (2) es una red de antenas en fase que comprende una base de antena fija (31) y una parte de antena (30) montada de manera rotatoria sobre la base de antena (31) y que comprende una pluralidad de subredes de antenas (29), cada una de las cuales se configura para emitir una senal electrica analogica (SE2) asociada a una senal de RF (SF2) correspondiente recibida por la subred de antena (29);
    disenandose la parte de antena (30) para alojar:
    - el dispositivo laser de modo bloqueado (11) operable para generar la senal optica de reloj (SS);
    - un dispositivo formador de haz de RF analogico (33) configurado para recibir las senales electricas analogicas (SE2) asociadas a las senales de RF (SF2) que forman el haz de antena y que son recibidas por las subredes de antenas (29); y combinar las senales electricas analogicas (SE2) para emitir tres senales electricas analogicas (I), (Aaz) y (Ael) que indican la forma angular, de angulo oscilante o de azimut y del angulo de elevacion del haz de antena, respectivamente; y
    - un medio de conversion analogico-digital asistido por fotones (8) configurado para recibir las tres senales electricas analogicas (I), (Aaz) y (Ael) a traves de un medio electrico alojado en una articulacion giratoria (32) asociada a la parte de antena (30); muestrear opticamente las tres senales electricas analogicas (I), (Aaz) y (Ael) para emitir tres senales opticas muestreadas correspondientes; convertir las tres senales opticas muestreadas en tres senales electricas analogicas (I), (Aaz) y (Ael) correspondientes; y convertir las tres senales electricas analogicas (I), (Aaz) y (Ael) en tres senales electricas digitales (SED) correspondientes.
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