基于双偏振调制器实现多普勒频移测量的方法技术

本发明专利技术公开了一种基于双偏振调制器实现多普勒频移测量的方法，该发明专利技术涉及微波技术领域以及光通信技术领域，主要应用于多普勒频移DFS的测量。所述装置如附图所示，包括光源LD、发射信号Transmitted signal源、回声信号源Echo signal、90度移相器Phase Shifter、双偏振调制器DPol‑MZM、光放大器EDFA、光滤波器OBPF、偏振分束器PBS、光电探测器PD以及混合耦合器Hybrid Coupler。该方法基于DPol‑MZM将回声信号下变频到低频电信号，结合Hybrid Coupler可以同时估计出多普勒的大小和方向。当多普勒频为正时，只有Hybrid Coupler的正端口有输出信号，当多普勒频移为负时，只有Hybrid Coupler的负端口有输出信号。本方法具有载波频率调谐范围宽、测频精度高等优点。

【技术实现步骤摘要】
基于双偏振调制器实现多普勒频移测量的装置及方法
本专利技术涉及光通信
和微波
，尤其涉及微波信号光子学多普勒频移测量。
技术介绍
多普勒效应是由于相对运动而引起的发射频率和接收频率存在偏差的现象。其频率差被定义为多普勒频移(DFS)。目前，在雷达、无线通信、电子战、医学成像等领域多普勒频移测量有着重要的应用。例如，在无线通信中，多普勒效应表现为无线多径衰落信道的时变特性，通过测量多普勒频移可以对信道参数进行准确估计，从而对通信系统进行合理的设计。在临床医学中，利用多普勒效应对心血管系统以及各脏器内正在流动的血液进行检测，从而获得血流方向、血流速度分布以及血流状态等一些重要的血流信息进而对疾病进行诊断。传统电域的多普勒频移测量方法有傅里叶分析、时域分析、正交混频等。这些方法虽然能够获得很好的测量精度，但受限于电子瓶颈，具有带宽窄、易受电磁干扰等问题。微波光子技术结合了微波和光子两大技术的优势，成为近年来的研究热点。该技术具备瞬时带宽大、体积小、功耗少、抗电磁干扰等优点，为多普勒频移测量提供一个新的解决方案。在已经提出的微波光子学多普勒频移测量的方案中有两种思路：一种是通过将多普勒频移映射到功率，利用功率到频率偏移量一一对应关系间接测得多普勒频移，但无法获得多普勒频移的方向；另外一种是通过光学下变频链路将多普勒频移变换成低频的电信号，利用频谱分析仪和示波器分析低频电信号的频谱、相位关系来分别获取多普勒频移的大小和方向。
技术实现思路
为了解决
技术介绍
中所存在的技术问题，本专利技术提出了一种基于双偏振调制器实现多普勒频移测量的装置及方法。该专利技术通过频谱分析仪来分析下变频后的多普勒频移的大小，利用混合耦合器来实现方向的判定。当正多普勒频移发生时，混合耦合器的正端口输出信号，负多普勒频移发生时，混合耦合器的负端口输出信号。该方法具有载频调谐范围宽、测频精度高等优点。本专利技术解决其技术问题所采用的方法是：所述装置包括激光二极管(LD)、电移相器(PhaseShifter)、双偏振马增调制器(DPol-MZM)、掺铒光纤放大器(EDFA)、光滤波器(OBPF)、偏振控制器(PC)、偏振分束器(PBS)和光电检测器(PD)和混合耦合器(HybridCoupler)；LD的输出端口与DPol-MZM的输入端相连，DPol-MZM的输出端与EDFA的输入端相连，EDFA的输出端和OBPF的输入端相连，OBPF的输出端经PC和PBS的输入端相连，PBS输出端的两个分支分别和PD1和PD2的输入端相连。PD1和PD2的输出端分别和HybridCoupler的两个输入端口相连。上述的DPol-MZM由一个光分束器、上下两个并行的MZM1、MZM2以及偏振复用器(PBC)集成，MZM1的两个射频端口为port1和port2，直流偏置VDC1，MZM2的两个射频端口为port3和port4，直流偏置VDC2，MZM1和MZM2具有相同的结构和性能。上述的PD1和PD2均为窄带PD。上述的HybridCoupler是一个两进两出的四端口模型，由90度移相器、加法器和减法器集成，这里命名相加输出的上端口为负端口(NegativePort)，相减输出的下端口为正端口(PositivePort)。本专利技术在工作时包括以下步骤：1)LD发出的连续光载波进入DPol-MZM，在DPol-MZM内经光分束器将光载波等分为两部分，分别输入到MZM1和MZM2中；2)发送信号(Transmittedsignal)被等分为两部分，一部分加载在MZM1的射频端口port1，一部分经电移相器移相90度后加载在MZM2的射频端口port3上。回声信号(Echosignal)也被等分为两部分，分别加载在上支路MZM1的射频端口port2和下支路MZM2的射频端口port4上。通过设置使回声信号的频率与发送信号频率存在微小的偏移量来生成多普勒频移。3)设置VDC1、VDC2的大小，使MZM1和MZM2均工作在最小传输点。在MZM1和MZM2的输出端可以分别得到载波抑制的双边带信号。4)MZM1和MZM2输出的两路信号输入到PBC实现偏振态正交化，在DPol-MZM的输出端得到一个偏振复用信号；4)DPol-MZM输出的已调信号经过EDFA放大后送入OBPF，滤除已调信号的负一阶光边带。5)滤波后的信号经过PC后进入PBS，调节PC使信号经过PBS后实现两个正交偏振态的分离；6)PBS输出的两路信号分别和PD1和PD2相连，利用频谱分析仪对其中任何一路信号进行分析就可以得到多普勒频移的大小。7)PD1和PD2输出的两个低频电信号分别输入到HybridCoupler的两个输入端口。在HybridCoupler中，90度移相器将PD1输入的电信号移相90度，负端口输出两个信号的和，正端口输出两个信号的差，通过检查两个输出端口是否有信号来判定多普勒频移的正负。目标径向靠近时，回声信号频率变大，多普勒频移为正(“+”)。反之，目标径向远离时，回声信号频率变小，多普勒频移为负(“-”)。8)固定发射信号的频率，调节回声信号的频率偏移量，从而生成不同的多普勒频移，然后重复步骤6和7。9)固定频率偏移量，改变发射微波信号和回声信号载频的大小，然后重复步骤6和7。本专利技术提出了一种基于双偏振调制器实现多普勒频移测量的方法，该方法利用基于DPol-MZM将多普勒频移下变频到低频的电信号，结合电域的HybridCoupler可以同时获得多普勒频移的大小和方向，该方法载波频率调谐范围宽、测频精度高、具有很强的实际可操作性等优点。由于PD1和PD2输出的低频电信号都包含了多普勒频移成分，利用频谱分析仪对任何一路信号进行分析就可以得到多普勒频移的大小。该方法中，当正多普勒频移发生时，只有正端口有输出信号，当负多普勒频移发生时，只有负端口有输出信号。该方法的测量结果与发射微波信号的载频无关，可以实现频率的宽调谐范围。附图说明图1为本专利技术基于DpolMZM实现多普勒频移测量的原理图；图2为发射信号为18GHz，回声信号为18.001GHz时，已调信号经EDFA放大后的光谱图，EDFA宽谱光测试的OBPF的传输曲线图以及滤波后的光谱图；图3为发射信号为18GHz，回声信号分别为18.001GHz和17.999GHz时，示波器和频谱分析仪观测到上下两路信号的时域波形和频谱：(a)回声微波信号为18.001GHz时，PD1和PD2输出的电信号波形图；(b)回声微波信号为17.999GHz时，PD1和PD2输出的电信号波形图；(c)回声微波信号为18.001GHz时，PD1输出的电信号频谱图；(d)回声微波信号为17.999GHz时，PD1输出的电信号频谱图；图4为选取发射信号为18GHz，回声信号分别在18.001GHz和17.999GHz时，频谱分析仪观测到正端口和负端口输出信号的频谱；(a)和(b)分别为回声微波信号为18.001GHz时，HybridCoupler相应的正端口和负端口输出的电信号频谱图；(c)和(d)分别为回声微波信号为17.999GHz时，HybridCoupler相应的正端口和负端口输出的电信号频谱图；图5为在不同的发射频率下，回声信号的频率偏移量以10KHz步进本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于双偏振调制器实现多普勒频移测量的装置及方法，包括激光器(LD)、双偏振调制器(DPol‑MZM)、移相器(Phase Shifter)、掺铒光纤放大器(EDFA)、光带通滤波器(OBPF)，偏振控制器(PC)、偏振分束器(PBS)，光电检测器(PD)和90度耦合器(Hybrid Coupler)。其特征在于：在DPol‑MZM中对回波信号和发送信号进行调制，产生一个偏振复用信号，OBPF滤除已调信号的一个边带。PBS对偏振复用信号进行偏振分离并进行拍频，拍频得到的电信号经过Hybrid Coupler对其中一路信号移相90度后分别相加和相减。相加、相减之后的两路信号用于测量多普勒频移的大小和方向。所述DPol‑MZM由上下两个并行的MZM1、MZM2以及偏振复用器(PBC)集成，MZM1和MZM2的直流偏置均设置在最小点实现对回波信号和本振信号的载波抑制双边带调制。

【技术特征摘要】
1.基于双偏振调制器实现多普勒频移测量的装置及方法，包括激光器(LD)、双偏振调制器(DPol-MZM)、移相器(PhaseShifter)、掺铒光纤放大器(EDFA)、光带通滤波器(OBPF)，偏振控制器(PC)、偏振分束器(PBS)，光电检测器(PD)和90度耦合器(HybridCoupler)。其特征在于：在DPol-MZM中对回波信号和发送信号进行调制，产生一个偏振复用信号，OBPF滤除已调信号的一个边带。PBS对偏振复用信号进行偏振分离并进行拍频，拍频得到的电信号经过HybridCoupler对其中一路信号移相90度后分别相加和相减。相加、相减之后的两路信号用于...

【专利技术属性】
技术研发人员：李晓艳，文爱军，陈玮，
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