一种基于数字逻辑运算的射频任意波形光生成方法及系统技术方案

本发明专利技术提出一种基于数字逻辑运算的射频任意波形光生成方法及系统，属于任意波形生成领域。该系统包括：n个光功率调制单元，波分复用器或光耦合器，光电探测器和滤波器；其中，每个光功率调制单元包括激光器、调制器、两个微波移相器和数字信号发生器。该方法根据目标射频模拟信号波形表达式及调制器所实现的逻辑运算关系生成n对数字信号，利用数字信号发生器对应生成非归零码微波数字信号，将每一对非归零码微波数字信号输入调制器对一路激光进行强度调制，得到n路光信号，然后耦合为一路光信号，转换为电信号，通过滤波器最终得到目标射频模拟信号波形。本发明专利技术可有效提高雷达、卫星探测等系统的距离分辨力，实现高精度的成像。

A radio frequency arbitrary waveform generation method and system based on digital logic operation

The invention provides a radio frequency arbitrary waveform light generation method and system based on digital logic operation, belonging to the field of arbitrary waveform generation. The system consists of N optical power modulation units, wavelength division multiplexers or optical couplers, photodetectors and filters, in which each optical power modulation unit comprises a laser, a modulator, two microwave phase shifters and a digital signal generator. The method generates n to digital signals according to the expression of the signal waveform of the target radio frequency analog signal and the logic operation relationship realized by the modulator. Using the digital signal generator, the non return zero code microwave digital signal is generated, and each pair of non return zero code microwave digital signals is input to the intensity modulation of a single laser, and the N road light is obtained. The signal is then coupled into a single optical signal, converted to electrical signal, and finally obtained the target radio frequency analog signal waveform through the filter. The invention can effectively improve the range resolution of radar and satellite detection systems, and achieve high precision imaging.

【技术实现步骤摘要】
一种基于数字逻辑运算的射频任意波形光生成方法及系统
本专利技术涉及任意波形生成
，特别涉及一种基于数字逻辑运算的射频任意波形光生成方法及系统。
技术介绍
射频任意波形生成技术在成像雷达、通信、卫星遥感等领域有着重要作用，但受限于电子器件的瓶颈，传统的直接数字式频率合成、电数模转换等电的任意波形生成方法产生的信号带宽和频率已经无法满足需求。借助于光的抗电磁干扰、高频(THz量级)特性，基于光的射频任意波形生成方法在近几年受到科研人员的广泛关注。其中主要有频域任意波形光生成方法和时域任意波形光生成方法。其中频域任意波形光生成方法生成的信号虽然具有高频宽带特性，但其时间窗口却是受限的，无法在雷达、卫星探测等领域使用。时域任意波形光生成方法生成的信号时间窗口较大，但频率和带宽仍然存在一定的限制。对于时域任意波形光生成方法，光子数模转换(PDAC)是其中较常用的一种技术。现有的基于PDAC的任意波形光生成方法主要有两种。一种是基于串联式PDAC的任意波形光生成方法，它的核心思想是在时域上将代表不同比特位的光脉冲通过色散等方法合成一个脉冲，形成一个采样脉冲。它的转换速率和转换精度是相互制约的，当比特位较高时，转换速率较低。另外一种是基于串联式PDAC的任意波形光生成方法，流程如图1所示，m路非归零码微波数字信号D1,D2...Dm作为输入，分别通过m个马赫-曾德尔调制器对m路由激光器生成的单频光源进行强度调制，m路光源的功率分别为P，2P…2m-1P，将经过调制器调制后的不同功率的m路光信号通过耦合器/波分复用器耦合为一路，该路光信号经过光电探测器转化为电信号，再经过低通滤波器滤波得到目标波形。图1中虚线框部分即为PDAC部分。该方法的转换速率和转换精度不会相互制约，但生成的信号带宽和频率受限于数字信号的码率。根据奈奎斯特采样定理，该方法生成的信号带宽最大为数字信号码率的一半。而对于电子器件而言，生成高码率的数字信号存在较大困难。打破该方法生成信号的带宽受限于数字码率这一限制，进而提高生成信号的带宽具有重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种基于数字逻辑运算的射频任意波形光生成方法及系统。该方法可以生成射频任意波形，且生成的任意波形具有较大的时间带宽积，它的带宽可以远大于数字信号码率值的一半，最大可等于数字信号码率值，将本专利技术应用到雷达、卫星探测等领域，可以有效提高雷达、卫星探测系统的距离分辨力，实现高精度的成像。本专利技术提出的一种基于数字逻辑运算的射频任意波形光生成系统，包括：n个光功率调制单元，波分复用器或光耦合器，光电探测器和滤波器；所述n个光功率调制单元分别连接波分复用器或光耦合器的输入端，波分复用器或光耦合器的输出端连接光电探测器的输入端，光电探测器的输出端连接滤波器的输入端；其特征在于，每个光功率调制单元包括一个激光器、一个调制器、两个微波移相器和一个数字信号发生器，所述数字信号发生器通过两个输出通道分别与两个微波移相器的输入端连接，每个微波移相器的输出端分别与调制器的射频输入口相连，激光器与调制器的光输入口相连。本专利技术提出的一种基于如上述系统的基于数字逻辑运算的射频任意波形光生成方法，其特征在于，包括以下步骤：1)根据需要得到的目标射频模拟信号波形表达式，通过数字信号处理的方式对该射频波形以采样率fs进行采样并以n比特位进行量化获得码率为fs的n路数字信号记为S1,S2...Sn，n为任意正整数；2)根据调制器所能实现的逻辑运算关系计算每一路码率为fs的数字信号Si，i＝1,2,3...n，对应的两路码率为fs/2的数字信号分别记为Si1,Si2，总共得到2n路码率为fs/2的数字信号S11,S12,S21,S22...Sn1,Sn2；3)将每对数字信号Si1,Si2通过对应的数字信号发生器分别生成非归零码微波数字信号记为Di1和Di2，则n对数字信号S11,S12,S21,S22...Sn1,Sn2通过n个数字信号发生器生成对应的n对非归零码微波数字信号记为D11,D12,D21,D22...Dn1,Dn2，其中，数字信号Si1对应生成非归零码微波数字信号Di1，数字信号Si2对应生成非归零码微波数字信号Di2；4)将步骤3)得到的每对非归零码微波数字信号Di1和Di2通过对应的微波移相器进行延时控制，共有n个微波移相器，使得D11,D12,D21,D22...Dn1,Dn2中的n路非归零码微波数字信号D11,D21...Dn1同步到达各自对应的调制器，另外的n路非归零码微波数字信号D12,D22...Dn2延时半个码片周期到达各自对应的调制器，共有n个调制器；5)每一对非归零码微波数字信号Di1,Di2输入到同一个调制器对对应激光器生成的一路激光进行强度调制，n对非归零码微波数字信号通过n个对应的调制器对n个激光器生成波长分别为λ1,λ2,λ3...λn的激光进行强度调制，实现非归零码微波微波数字信号在光域的数字逻辑运算，在光域实现被倍码率数字信号强度调制的n路光信号；其中n路激光的光功率分别为P，2P…2n-1P；6)将步骤5)得到的n路光信号通过波分复用器或耦合器耦合到一个光路中，得到一路光信号；7)将步骤6)得到的光信号通过光电探测器转换为电信号；8)将步骤7)得到的电信号通过滤波器，最终获得步骤1)设定的目标射频模拟信号波形。本专利技术的特点及有益效果在于：本专利技术用数字信号发生器产生2n路非归零码微波数字信号D11,D12,D21,D22...Dn1,Dn2，用2n个微波移相器对这2n路的非归零码微波数字信号进行延时控制，使得其中的n路非归零码微波数字信号D11,D21...Dn1同步到达调制器，另外的n路非归零码微波数字信号D12,D22...Dn2延时半个码片周期到达调制器。其中每两路非归零码微波数字信号Dq1,Dq2输入到同一个调制器对一路光源进行强度调制，共n个调制器，n路光源，其中n路光源的功率依次为P，2P…2n-1P。将调制后不同功率的光信号通过波分复用器/耦合器耦合为一路，再将该路光信号通过光电探测器转化为电信号，该电信号再经过低通滤波器滤波得到目标模拟波形。两路延时相差半个周期的输入到一个调制器对光源进行强度调制，可以实现两路非归零码微波数字信号在光域的异或操作，进而实现光强度的调制速率为非归零码微波数字信号码率的两倍。这样整个PDAC的等效采样率为数字信号码率的两倍，可生成带宽高达数字信号码率值的任意射频波形。相比于传统的基于PDAC的射频任意波形光生成方法，本专利技术在相同码率数字信号输入的情况下，本专利技术的射频任意波形光生成方法生成的信号最大带宽是传统的基于PDAC的射频任意波形光生成方法生成的信号最大带宽的两倍。将本专利技术应用到雷达、卫星探测等领域，可以有效提高雷达、卫星探测系统的距离分辨力，实现高精度的成像。附图说明图1为传统的基于串联式PDAC的任意波形光生成方法流程框图。图2为本专利技术的一种基于数字逻辑运算的射频任意波形光生成系统结构框图。图3为本专利技术的一种改进的基于数字逻辑运算的射频任意波形光生成系统结构框图。图4为本专利技术实施例提供的双驱动调制器实现数字逻辑运算结果图。图5为本专利技术实施例生成的10GHz的正弦波的时域波形图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于数字逻辑运算的射频任意波形光生成系统，包括：n个光功率调制单元，波分复用器或光耦合器，光电探测器和滤波器；所述n个光功率调制单元分别连接波分复用器或光耦合器的输入端，波分复用器或光耦合器的输出端连接光电探测器的输入端，光电探测器的输出端连接滤波器的输入端；其特征在于，每个光功率调制单元包括一个激光器、一个调制器、两个微波移相器和一个数字信号发生器，所述数字信号发生器通过两个输出通道分别与两个微波移相器的输入端连接，每个微波移相器的输出端分别与调制器的射频输入口相连，激光器与调制器的光输入口相连。

【技术特征摘要】
1.一种基于数字逻辑运算的射频任意波形光生成系统，包括：n个光功率调制单元，波分复用器或光耦合器，光电探测器和滤波器；所述n个光功率调制单元分别连接波分复用器或光耦合器的输入端，波分复用器或光耦合器的输出端连接光电探测器的输入端，光电探测器的输出端连接滤波器的输入端；其特征在于，每个光功率调制单元包括一个激光器、一个调制器、两个微波移相器和一个数字信号发生器，所述数字信号发生器通过两个输出通道分别与两个微波移相器的输入端连接，每个微波移相器的输出端分别与调制器的射频输入口相连，激光器与调制器的光输入口相连。2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述滤波器为低通滤波器。3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：微波信号发生器和第n+1个调制器；波分复用器或光耦合器的输出端连接第n+1个调制器的光输入口，微波信号发生器连接第n+1个调制器的射频输入口，第n+1个调制器的输出端连接光电探测器的输入端。4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述滤波器为带通滤波器。5.一种基于如权利要求1所述系统的基于数字逻辑运算的射频任意波形光生成方法，其特征在于，包括以下步骤：1)根据需要得到的目标射频模拟信号波形表达式，通过数字信号处理的方式对该射频波形以采样率fs进行采样并以n比特位进行量化获得码率为fs的n路数字信号记为S1,S2...Sn，n为任意正整数；2)根据调制器所能实现的逻辑运算关系计算每一路码率为fs的数字信号Si，i＝1,2,3...n，对应的两路码率为fs/2的数字信号分别记为Si1,Si2，总共得到2n路码率为fs/2的数字信号S11,S12,S21,S22...Sn1,Sn2；3)将每对数字信号Si1,Si2通过对...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑小平，彭韶文，李尚远，薛晓晓，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11