RU226545U1 - Устройство определения доплеровского изменения частоты отраженного радиолокационного сигнала - Google Patents
Устройство определения доплеровского изменения частоты отраженного радиолокационного сигнала Download PDFInfo
- Publication number
- RU226545U1 RU226545U1 RU2024109858U RU2024109858U RU226545U1 RU 226545 U1 RU226545 U1 RU 226545U1 RU 2024109858 U RU2024109858 U RU 2024109858U RU 2024109858 U RU2024109858 U RU 2024109858U RU 226545 U1 RU226545 U1 RU 226545U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- optical
- frequency
- electro
- modulators
- determining
- Prior art date
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 11
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 4
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 4
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 3
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 2
- 101100331550 Antirrhinum majus DICH gene Proteins 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
Abstract
Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована в радиолокации и радиофотонике. Техническим результатом является снижение погрешности определения доплеровского изменения частоты. Заявленное устройство определения доплеровского изменения частоты отраженного радиолокационного сигнала содержит лазер, оптический разъединитель, блок электрооптических модуляторов, волоконную брэгговскую решетку и оптический объединитель. При этом опорный канал устройства содержит только один блок электрооптических модуляторов. Все электрооптические модуляторы в составе устройства построены на последовательно включенных однопортовых амплитудном и фазовом модуляторах. Для измерения мощности на выходе фотодетектора установлено устройство определения мощности, в качестве которого может быть использован детектор мощности. 4 ил.
Description
Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована в радиолокации и радиофотонике.
Известно устройство, описанное в статье (Huang С., Chen Н., and Chan E.H.W. Simple photonics-based system for Doppler frequency shift and angle of arrival measurement // Optics Express. 2020. Vol. 28(9). pp. 14028-14037). Непрерывное излучение лазера попадает в блок электрооптических модуляторов на основе двух параллельных двухпортовых модуляторов Маха-Цендера. Измерительный канал образован первым субблоком, второй субблок формирует опорный канал и управляется зондирующим каналом. Выходная частота сигнала опорного канала должна быть больше суммы частоты зондирующего сигнала и вдвое больше абсолютного значения максимально возможной. Недостатком указанного устройства является погрешность определения доплеровского изменения частоты (ДИЧ) за счет появления биений между информативными частотами.
Наиболее близким аналогом является устройство определения доплеровского изменения частоты на основе блоков тандемной амплитудно-фазовой модуляции (патент РФ №2774410, опубликованный 21.06.2022). Непрерывное излучение лазера попадает в измерительный канал устройства, где модулируется в блоке электрооптических модуляторов отраженным радиолокационным сигналом, сдвинутым на величину доплеровского изменения частоты. Непрерывное излучение лазера попадает в опорный канал, в котором в результате модуляции в двух блоках электрооптических модуляторов формируются по две пары опорных частот по обе стороны от оптической несущей. В результате объединения сигнала с двух каналов его спектр содержит пары опорных частот, между которыми находится измерительная частота. Величина и знак доплеровского изменения частоты обнаруживаются как биения на фотодетекторе. Недостатком устройства является погрешность определения доплеровского изменения частоты, возрастающая с увеличением доплеровского сдвига вследствие возникновения перекрестных искажений при наложении информативной измерительной компоненты и опорных частот.
Техническим результатом, на достижение которого направлена предлагаемая полезная модель, является снижение погрешности определения доплеровского изменения частоты.
Технический результат достигается тем, что опорный канал содержит один блок электрооптических модуляторов, состоящий из последовательно включенных однопортовых амплитудного и фазового модуляторов, на выходе фотодетектора установлено устройство определения мощности.
Устройство изображено на фиг. 1, где
1 - лазер;
2 - оптический разъединитель;
3 - блок электрооптических модуляторов в измерительном канале (тандемные однопортовые амплитудный и фазовый модуляторы - ТАФМ1);
4 - блок электрооптических модуляторов в опорном канале (тандемные однопортовые амплитудный и фазовый модуляторы - ТАФМ2);
5 - однопортовый амплитудный модулятор в составе ТАФМ1;
6 - однопортовый амплитудный модулятор в составе ТАФМ2;
7 - однопортовый фазовый модулятор в составе ТАФМ1;
8 - однопортовый фазовый модулятор в составе ТАФМ2;
9 - оптический объединитель;
10 - оптический циркулятор;
11 - волоконная брэгговская решетка (ВБР);
12 - фотодетектор;
13 - устройство определения мощности - детектор мощности.
В измерительном канале отраженный сигнал fS, представляющий собой зондирующий сигнал fP, сдвинутый на величину ДИЧ fDFS, принимается антенной, подключенной к радиочастотному входу блока электрооптических модуляторов 3, формирует на его выходе электрическое поле
где Ein - амплитуда электрического поля лазерного излучения fС, попадающего в субблоки ТАФМ;
fS - частота отраженного от цели эхо-сигнала;
αi - потери, вносимые одним субблоком ТАФМ;
J1(mS, φS) - функция Бесселя первого порядка первого рода;
mS и φS - параметры амплитудного и фазового преобразования в ТАФМ, зависящие от амплитуды отраженного сигнала fS.
В опорном канале зондирующий сигнал fP от передатчика подается на входной радиочастотный порт блока электрооптических модуляторов 4, формирует на его выходе электрическое поле
где J1(mP, φP) - функция Бесселя первого порядка первого рода;
mP и φP - оптимальные параметры амплитудного и фазового преобразования в ТАФМ сигнала на частоте fP.
Выходной оптический сигнал с блоков электрооптических модуляторов после объединения в оптическом объединителе 9 поступает на фотодетектор 12, который генерирует фототок. Биения сигналов от измерительного и опорного каналов в спектре фототока формируются сигналами fC ± fS и fC ± fP, что показано на фиг. 2 для случая fS > fP.
При использовании широкополосного ФД определение частоты ДИЧ fDFS осуществляется по параметрам огибающих биений на удвоенных частотах 2fP, 2fS и по их мощностям PP, PS соответственно, полученным после преобразования «частота-амплитуда» в ВБР-фильтре 11 и на выходе фотодетектора 12. На фиг. 3 представлен спектр промодулированного оптического сигнала с наложенной на него характеристикой фильтра. Огибающие биений на удвоенных частотах 2fP и 2fS представляют собой квазипериодические колебания с коэффициентом амплитудной модуляции равным единице. При PDFS < PS частота ДИЧ меньше зондирующей, следовательно, объект движется от наблюдателя, при PDFS > PS - к наблюдателю. Величина fDFS определяется как обратное преобразование «мощность-амплитуда-частота» по известной частотной характеристике склона ВБР-фильтра. На фиг. 4 представлена измерительная характеристика - график зависимости мощности сигнала биений на фотодетекторе от величины и знака ДИЧ.
В структуре измерительного канала должна быть установлена схема автоматической регулировки усиления (АРУ) для создания оптимальной величины отраженного сигнала на радиочастотном входе модуляторов. Если для ТАФМ отсутствие такой схемы и прием отраженного сигнала без изменений приводит к минимальным искажениям информативной компоненты, то для случая применения модуляторов Маха-Цендера от его амплитуды зависит и уровень подавления несущей частоты, и уровень высших составляющих второго порядка. Наличие указанных паразитных составляющих вносит погрешности в определение амплитуды (мощности) сигнала на частоте fDFS, а, следовательно, и самого значения ДИЧ. В прототипе приближение в спектре сигнала измерительной частоты к опорным частотам приводит к возникновению перекрестных искажений вследствие наложения информативной и опорной компонент, что приводит к увеличению погрешности определения ДИЧ, предлагаемая полезная модель лишена данного недостатка.
При анализе выходного сигнала измерителя ДИЧ погрешность измерения ДИЧ при погрешности определения амплитуд информативных компонент в 0,01% и 0,001% от полного диапазона измерений не превышает 10-3 и 10-4. Соответственно, при работе с узкополосным устройством цифровой обработки сигнала погрешность измерения скорости движения объекта оценочно может быть улучшена еще на порядок.
Пример реализации. С помощью генератора сигналов специальной формы Rode&Schwarz задавался сигнал, имитирующий отраженный сигнал на частоте 6,5 ГГц. Также задавалось изменение этой частоты в диапазоне ± 100 кГц с шагом 50 кГц. Параметры сигнала, имитирующего отраженный, задавались удовлетворяющими оптимальным параметрам амплитудно-фазового преобразования ТАФМ с подавлением несущей частоты на 70 дБм при мощности несущей в 1 дБм.
Claims (3)
1. Устройство определения доплеровского изменения частоты отраженного радиолокационного сигнала, содержащее лазер, оптический разъединитель, блок электрооптических модуляторов, состоящий из последовательно включенных однопортовых амплитудного и фазового модуляторов, волоконную брэгговскую решетку и оптический объединитель, отличающееся тем, что опорный канал содержит один блок электрооптических модуляторов, состоящий из последовательно включенных однопортовых амплитудного и фазового модуляторов, на выходе фотодетектора установлено устройство определения мощности.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блоки электрооптических модуляторов состоят из последовательно включенных однопортовых амплитудного и фазового модуляторов.
3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве устройства определения мощности используется детектор мощности.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU226545U1 true RU226545U1 (ru) | 2024-06-07 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6078384A (en) * | 1997-09-26 | 2000-06-20 | Jenoptik Aktiengesellschaft | Process and arrangement for the evaluation of laser doppler signals |
| CN102608615B (zh) * | 2012-03-08 | 2013-10-09 | 东华大学 | 一种基于啁啾调幅和相干探测的激光雷达测速测距方法 |
| RU208857U1 (ru) * | 2021-06-30 | 2022-01-18 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" | Устройство определения доплеровского измерения частоты отраженного радиолокационного сигнала |
| RU2774410C1 (ru) * | 2021-06-30 | 2022-06-21 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" | Устройство определения доплеровского измерения частоты отраженного радиолокационного сигнала |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6078384A (en) * | 1997-09-26 | 2000-06-20 | Jenoptik Aktiengesellschaft | Process and arrangement for the evaluation of laser doppler signals |
| CN102608615B (zh) * | 2012-03-08 | 2013-10-09 | 东华大学 | 一种基于啁啾调幅和相干探测的激光雷达测速测距方法 |
| RU208857U1 (ru) * | 2021-06-30 | 2022-01-18 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" | Устройство определения доплеровского измерения частоты отраженного радиолокационного сигнала |
| RU2774410C1 (ru) * | 2021-06-30 | 2022-06-21 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" | Устройство определения доплеровского измерения частоты отраженного радиолокационного сигнала |
| RU2777759C1 (ru) * | 2021-07-01 | 2022-08-09 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" | Устройство определения угла прихода отраженного радиолокационного сигнала |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110632388B (zh) | 一种基于混频的光电探测器频响测量方法及装置 | |
| CN109813961B (zh) | 基于光学频率梳的微波瞬时测频装置 | |
| CN103176173B (zh) | 基于光纤采样技术的lfmcw激光雷达调频的非线性校正方法 | |
| CN102798750B (zh) | 一种电光调制器的半波电压的测量方法及测量系统 | |
| CN112363146B (zh) | 双调制共光路线性调频激光雷达测距测速方法及装置 | |
| JP2008516213A (ja) | 非理想的チャープ形状の決定による電気光学的距離測定方法 | |
| CN111934781B (zh) | 一种激光器高斯白噪声相位调制线宽展宽实现装置 | |
| CN109412687B (zh) | 一种基于频域驻波法的光路时延快速测量装置 | |
| WO2019116549A1 (ja) | 測距装置及び制御方法 | |
| CN113938189B (zh) | 一种马赫-曾德尔调制器频率响应测试装置及方法 | |
| US11385127B2 (en) | Optical frequency multiplexing coherent OTDR, testing method, signal processing device, and program | |
| CN105467229A (zh) | 一种基于光学自混频和互相关的相位噪声测量装置 | |
| RU226545U1 (ru) | Устройство определения доплеровского изменения частоты отраженного радиолокационного сигнала | |
| CN111289994B (zh) | 一种基于双外差混频的调频连续波激光雷达测距方法 | |
| RU208857U1 (ru) | Устройство определения доплеровского измерения частоты отраженного радиолокационного сигнала | |
| US6614511B1 (en) | Light wavelength dispersion measuring apparatus and light wavelength dispersion measuring method | |
| CN115792861A (zh) | 一种实现脉冲激光多普勒雷达信号相干累加的装置及方法 | |
| CN115308715A (zh) | 一种稀疏调制测风雷达的方法和系统 | |
| CN112556740B (zh) | 一种光电探测器的光电响应测量方法 | |
| RU2774410C1 (ru) | Устройство определения доплеровского измерения частоты отраженного радиолокационного сигнала | |
| RU207935U1 (ru) | Устройство определения угла прихода отраженного радиолокационного сигнала | |
| Song et al. | Implementation of a pulse-type laser detection and ranging system based on heterodyne detection for long-range measurement with high repetition rate | |
| Gusenitsa et al. | Radio-photonic device for determining the phase difference of radar signals | |
| CN109375233B (zh) | 一种基于光轨道角动量空间复用的激光测距仪 | |
| RU2777759C1 (ru) | Устройство определения угла прихода отраженного радиолокационного сигнала |