基于双平行马赫增德尔调制器测量多普勒频移的方法技术

本发明专利技术公开了一种基于双平行马赫增德尔调制器测量多普勒频移的方法。该发明专利技术涉及微波技术和光通信技术领域。所述发明专利技术方法如图所示，包括激光二极管、双平衡马赫增德尔调制器、掺铒光纤放大器、密集型波分复用器、光电检测器。本发明专利技术采用双平衡马赫增德尔调制器对回波信号和发送信号进行抑制载波双边带调制，充分利用上下边带的功率和相位差测量多普勒频移的大小和正负，测量误差小，载频范围可以在很大的范围内任意调节而不恶化测量误差。此外，该方法所用器件少，结构简单，易于操作，在雷达、侦察系统中有良好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
基于双平行马赫增德尔调制器测量多普勒频移的装置及方法
本专利技术涉及光通信
和微波
，主要涉及基于双平行马赫增德尔调制器实现微波信号多普勒频移测量。
技术介绍
由多普勒效应引起的多普勒频率偏移(DFS)现象广泛应用于移动通信、微波/毫米波测量、电子战和雷达系统中。因此对多普勒频移进行精确测量具有重要意义。传统电子测量方法一般基于相干振荡器和窄带混频器，采用傅里叶分析、时频分析、正交混频等方法测出DFS，测量器件工作在很窄的特定频段。随着无线电信号频率的不断提高，人们对电子接收机多功能一体化方面的要求越来越高，这意味着测量频率需要覆盖很大的范围，从几百兆赫兹到几十吉赫兹。由于电子瓶颈的存在，传统的电域测量方法只能测量较小的范围，从而限制了多功能一体化的接收机的进一步发展。近几年，微波光子技术迅速发展。由于光子学技术具有瞬时带宽大、工作频段宽、抗电磁干扰等一系列优点，为微波测量方面提供了一个新的解决方案，基于光子学的DFS测量也逐渐成为研究的热点。目前已报道的微波光子DFS测量方法主要有两种思路：1、建立特定的映射关系。将DFS转换成易于测量的幅度或功率，通过测量幅度或功率间接获得DFS。这种方法结构过于复杂，测量频率越高，误差越大。2、将接收到的回波信号用本振信号下变频到很低的频率，通过频谱仪精确测量出DFS的大小。与一般变频不同在于DFS需要确定正负。为了测量DFS的正负，一般增加一路频率参考模块，，但同时增加了系统的复杂度和误差因素来源；也可以采用正交混频和平衡探测结合的方法，通过比较正交两路信号的相位差来确定正负。第二种思路测量准确，但是目前报道的方法采用了较多的调制器和分立器件，系统过于复杂，误差来源较多，需要进一步改进。
技术实现思路
为了解决技术背景中所存在的问题，本专利技术提出了一种基于双平行马赫增德尔调制器(DPMZM)测量DFS的装置及方法。DFS的大小通过频谱仪精确测量，正负通过比较上下两路的相位差来确定。相位差可以通过DPMZM主调制的偏压进行调节。相比于技术背景中提到的测量方法，该方法只采用了一个简单的外调制器，该器件集成技术已经很成熟，从而使得该方法结构简单，易于实现。另外由于该专利技术中使用的滤波器为密集波分复用器(DWDM)，DWDM通带平坦，带宽大，使得该专利技术转置及方法不受载频影响，可以在很大的载频范围内测量DFS同时保持很小的误差。本专利技术采用的技术方案是：所述装置包括激光二极管(LD)、DPMZM调制器、掺铒光纤放大器(EDFA)、DWDM、光电探测器(PD)。LD的输出端口与DPMZM的输入端相连，回波信号(Echosignal)加载在DPMZM上臂马增调制器(MZM)上，发送信号(Transmittedsignal)加载在DPMZM下臂MZM上，DPMZM的输出与EDFA相连，EDFA输出光信号与DWDM相连，DWDM其中两路输出分别连接PD。上述DPMZM由Y型分光器、上下并行的MZMa和MZMb，以及主调制器MZMc集成。MZMa和MZMb具有相同的结构和性能，各有独立的射频口和直流端口，直流偏置分别为Va和Vb，工作时，两个射频口均采用推挽模式。MZMc只具有偏置口，偏压为Vc，用来调整两臂相位关系。PD1和PD2均为窄带PD。本专利技术在工作时包括以下步骤：1)从LD发出的连续光载波输入到DPMZM调制器中；在DPMZM内由Y型分光器将光载波分成功率相等的两部分，分别输入MZMa和MZMb。2)回波信号驱动MZMa，调节偏压Va使得MZMa工作在最小点，以产生携带回波信号的抑制载波双边带调制(CS-DSB)信号；3)发送信号驱动MZMb，调节偏压Vb使得MZMb工作在最小点，以产生携带发送信号的CS-DSB信号；4)MZMa和MZMb输出的光信号经过主调制器MZMc后从DPMZM中输出。已调信号经过EDFA放大后输入到DWDM；5)调节激光器的波长，使DWDM中两个相邻通道对准已调信号的正负一阶边带，则DWDM两个通道分别输出已调回波信号和发送信号的上边带和下边带；6)分离后的上边带和下边带信号分别输入到上支路PD1和下支路的PD2进行光电转换。在PD输出端得到其对应的电信号；7)将PD1或者PD2输出的电信号送入电谱分析仪测出DFS的大小；将PD1和PD2分别接入到示波器的通道1和通道2观察两个电信号的波形。设置示波器的两个通道同时显示，调整MZMc的Vc的大小，使两个支路电信号相差相位π/2，根据以下准则来判断DFS的正负：上支路超前下支路电信号π/2，则DFS为正；上支路滞后下支路电信号π/2，则DFS为负。8)通过调整Vc可以实现不同的相位差。本专利技术提出了一种新型的基于DPMZM的DFS测量装置及方法，采用DPMZM调制回波信号和发送信号产生CS-DSB信号。利用DWDM将已调信号的上下边带分离，利用上或下边带的功率测得DFS的大小，上下边带的相对相位关系来确定DFS的正负。本方法只采用了一个外调制器，并充分利用了上下边带之间的相位关系，避免为了判定DFS的正负而引入额外的器件，降低了装置的复杂度，减少了误差来源：两个支路的相位差只取决于DPMZM主调制的偏压，调节灵活、范围大；由于DWDM通带带宽大且平坦，使该测量方法不受发射信号载波频率的影响，载频可以在40GHz的范围内调节。附图说明图1为本专利技术装置的原理图；图2为本专利技术装置实验测试中采用DWDM滤波前后的光谱图：(a)载频为20GHz时，DPMZM输出的CS-DSB信号光谱、实验中采用EDFA宽谱光测得的DWDM中相邻两个通带的频率响应曲线；(b)DWDM滤波之后上、下两路分别输出的上下边带信号；图3为本专利技术装置在实验测试中测得的电谱和波形：(a)载频为20GHz时，理论频移为+1MHz时频谱仪测量得到的上支路电谱；(b)载频为20GHz时，理论频移为-1MHz时频谱仪测量得到的上支路电谱；(c)载频为20GHz时，理论频移为+1MHz时示波器测量得到的上下支路波形；(d)载频为20GHz时，理论频移为-1MHz时示波器测量得到的上下支路波形；图4为本专利技术装置实验测试中，不同的载频下测量得到的DFS及误差：(a)载频为20GHz时，理论频率偏移从-100kHz以10kHz步进变化到+100kHz时测得的DFS、±50kHz处的电谱图以及测量误差。(b)载频为39GHz时，理论频率偏移从-100kHz以10kHz步进变化到+100kHz时测得的DFS、±50kHz处的电谱图以及测量误差。具体实施方式：下面结合附图对本专利技术的实施例作详细说明：本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作流程，但本专利技术的保护范围不限于下属的实施例：如图1所示，在本实施例中，装置包括：LD、DPMZM调制器、回波信号源、发送信号源、EDFA、DWDM、PD、示波器、电谱仪。LD依次连接DPMZM和EDFA，射频回波信号和发送信号分别加载在DPMZM的上下臂。EDFA后接DWDM，DWDM的输出端分别PD1和PD2，在PD的输出端得到下变频之后的多普勒信号。其中DPMZM调制器由两个并行的MZMa和MZMb以及主调制器MZMc集成。本实施例中，具体包括以下步骤：步骤一：光源产生工作波本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于双平衡马赫增德尔调制器(DPMZM)测量多普勒频移(DFS)的装置及方法，包括激光二极管(LD)、DPMZM、掺铒光纤放大器(EDFA)、密集型波分复用器(DWDM)、光电探测器(PD)、电谱仪、示波器，其特征在于：电光调制器只采用一个DPMZM，回波信号和发送信号分别驱动调制器的上下臂，产生携带回波信号和本振信号的抑制载波双边带信号，DWDM将调制器输出的光信号的上下边带分别滤出并送入上下路的PD进行拍频。拍频得到的电信号通过电谱仪和示波器测出DFS的大小和正负。所述DPMZM是由Y型分光器、两个马赫增德尔调制器(MZMa和MZMb)并联集成在一个主调制器(MZMc)上，射频口采用推挽模式加载射频信号。所述DWDM内部是中心频率相隔几十吉赫兹的平坦光带通滤波器组。

【技术特征摘要】
1.基于双平衡马赫增德尔调制器(DPMZM)测量多普勒频移(DFS)的装置及方法，包括激光二极管(LD)、DPMZM、掺铒光纤放大器(EDFA)、密集型波分复用器(DWDM)、光电探测器(PD)、电谱仪、示波器，其特征在于：电光调制器只采用一个DPMZM，回波信号和发送信号分别驱动调制器的上下臂，产生携带回波信号和本振信号的抑制载波双边带信号，DWDM将调制器输出的光信号的上下边带分别滤出并送入上下路的PD进行拍频。拍频得到的电信号通过电谱仪和示波器测出DFS的大小和正负。所述DPMZM是由Y型分光器、两个马赫增德尔调制器(MZMa和MZMb)并联集成在一个主调制器(MZMc)上，射频口采用推挽模式加载射频信号。所述DWDM内部...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈玮，文爱军，李晓艳，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61