一种基于等幅值等间隔多波长光源的卫星频谱感知方法及系统技术方案

一种基于等幅值等间隔多波长光源的卫星频谱感知方法及系统，基于等幅值等间隔多波长的卫星频谱感知方法将光子技术引入到卫星导航电域的频谱感知技术中，采用等幅值、等间隔、多频率波长作为光源，在每个光波长上均实现一个微波频率信道感知，同时结合I/Q解调技术，以实现射频信号的高精度感知和处理，本发明专利技术在一个光路上完成并行多通道微波频率感知，极大地降低了系统的体积和复杂度，适用于卫星导航系统中对于星上系统模块的体积、重量和功耗的严格要求，突破传统电域感知器件对导航系统附近频段损耗的限制，解决卫星导航系统超宽带多信号感知处理的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于等幅值等间隔多波长光源的卫星频谱感知方法及系统
本专利技术涉及卫星导航系统抗干扰与兼容互操作领域，由于太空工作环境非常严酷，卫星导航系统对体积和重量有严格的限制等原因，特别涉及一种基于等幅值等间隔多波长光源的并行通道卫星感知方法及系统。
技术介绍
全球卫星导航系统(GNSS)是各国为了军事或民用目的，而发展的一套使用卫星提供位置与时间的系统，由于卫星导航在国家安全和经济与社会发展中有着不可或缺的重要作用，所以世界各主要大国都竞相发展独立自主的卫星导航系统。因为全球卫星导航系统信号有低功率，覆盖面广的特点，卫星仅能以十瓦特的能量在超过地球表面20,000km的范围传送每种信号，这些能量被分散在比地球更大的区域，造成接受的信号能量明显少于一毫微瓦特的数量级，比接收机内噪声产生的能量还低，导致GNSS系统对复杂环境具有较强的易感染性。在提供精确导航服务的同时，如何提供复杂环境感知能力，避免干扰和欺骗，提高卫星导航系统整体的稳健性，已成为亟待解决的问题。卫星导航系统在避免干扰和欺骗上提出的主要技术手段，在空间段主要是点波束天线增强，在地面终端包括数字调零天线等技术，提高了系统的适应性和鲁棒性，但这些技术不能根据复杂环境的变化，动态地进行相应性能配置的切换，智能化能力尚显不足。从国际电报联盟(ITU)给出的频谱划分可见，当前的卫星导航频率空间已经非常拥挤，四大卫星导航系统有的频段部分重叠，有的完全重叠，除了GLONASS的频段没有明显重叠之外，其它三个系统有的频段部分重叠，有的完全重叠，因此，卫星导航信号相互之间的干扰不可避免。虽然新的导航信号设计体制提供了缓解卫星导航信号互干扰的方法，但从长远看不能从根本解决卫星导航信号兼容性问题。以认知无线电、认知雷达为代表的认知技术的出现为卫星导航系统解决上述问题提供了新的思路。一方面使传统的卫星导航系统具有了环境感知能力，系统在突发干扰来到时可以进行有效躲避，具有很强的抗干扰性。另一方面旨在变革传统卫星导航系统的固定频谱资源的应用模式，导航用户(包括主用户、次用户)通过该技术提高了频谱利用率。无论是用于抗干扰还是提高兼容性，对周围频谱环境感知、寻找可用频谱空穴是所有后续工作的基础。与此同时，随着现代空间信息网络技术的不断发展，频谱资源的使用日趋频繁，频谱资源的紧缺是限制现代卫星服务应用持续发展的瓶颈。现代卫星信息网络的频谱环境复杂性远甚地面通信网。传统的频谱管理方式是选择固定的频段进行通信，这就要求保证此频段在地球的所有位置都相对干净。且由于卫星和地面手持终端的功率限制，不能使用过高的传输频率。当前主流的LEO系统及支持手持终端的GEO系统，用户链路频段主要集中在200MHz-2GHz之间，这一频段同对也是地面设备使用密集的频率空间。而且多个卫星系统集中在这个频段内就必须保证相互之间的干扰比较小。因此，频谱利用的混乱和无线电环境的复杂对新的卫星网络频谱管理方案提出了要求。目前针对频谱资源优化的研究都是基于认知无线电在电域上进行的，但是面对未来宽带高频信号，由于相关高频电子器件的带宽和速率的限制，电域上的处理技术就显得有些力不从心。在光域上实现全波段资源可重构优化在国际上仍处于空白，目前还没有相关文献涉及到该领域的研究，光域上的频谱资源优化研究将有效的克服因“电子瓶颈”所带来的不足，更加高速度、低成本地实现频谱的感知及优化。基于电域的频谱感知技术由于受到高频电路响应时间的“电子瓶颈”的限制，在对这些宽带信号的频谱进行感知时必然会产生延时，从而直接影响到卫星导航系统的传输速率；其次，基于电域的频谱感知技术在处理如此宽带宽、高频率的信号时，需要具有匹配各种频带的高灵敏度接收机等一系列极高频电器件，这无疑在大大增加了难度与成本的同时增加了频谱感知模块的体积与重量，而卫星系统中对于星上模块的体积、重量和功耗极度敏感。因此，寻求一种新的技术来取代电域中的频谱感知技术从而实现高带宽、高集成的频谱感知及优化就显得极为迫切。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题为：克服现有技术不足，提供一种基于等幅值等间隔多波长光源的卫星频谱感知方法及系统，本专利技术将光子技术引入到卫星导航电域的频谱感知技术中，提出采用等幅值、等间隔、多频率波长作为光源，在每个光波长上均实现一个微波频率信道感知，同时结合I/Q解调技术，以实现射频信号的高精度感知和处理，本专利方法可在一个光路上完成并行多通道微波频率感知，极大地降低了系统的体积和复杂度，适用于卫星导航系统中对于星上系统模块的体积、重量和功耗的严格要求。在导航卫星上系统模块的体积、重量和功耗受限的条件下，采用光子辅助的卫星频谱感知方法在光域上对微波信号进行包括滤波或者下变频在内的处理，突破传统电域感知器件对导航系统附近频段损耗的限制，解决卫星导航系统超宽带多信号感知处理的问题。本专利技术解决的技术方案为：一种基于等幅值等间隔多波长光源的卫星频谱感知方法，如图10所示，步骤如下：(1)构建相位调制器与强度调制器的级联模型和偏振调制器与检偏器输出光谱的模型，根据相位调制器与强度调制器的级联模型和偏振调制器与检偏器输出光谱的模型，得出实现平坦等幅值等间隔多频率模型，光信号进入实现平坦等幅值等间隔多频率模型，依次进行偏振调制、强度调制、相位调制，使输入光信号的频谱被周期性展开，最后进行强度调制，得到等幅值、等间隔的多频率光载波信号；(2)将微波信号调制到步骤(1)得到的等幅值、等间隔的多频率光载波信号上；(3)进行I/Q解调，实现对步骤(2)调制后的信号进行幅度和相位的线性解调，从而在一个光路上完成并行多通道微波频率高精度感知。步骤(1)构建相位调制器与强度调制器的级联模型，具体如下：相位调制器与强度调制器的级联模型，包括：依次连接的第一相位调制器PM1、第二强度调制器PM2、第一强度调制器IM1、第二强度调制器IM2，还包括：与PM1连接的第一微波移相器PS1、与PM2连接的第二微波移相器PS2，与IM1连接的第三微波移相器，与IM2连接的PS4移相器，CW光分别经过两个相位调制器PM和两个强度调制器IM；经过相位调制器，将时域信号的波形映射到频域上，经过强度调制器实现对脉冲的顶部平坦。步骤(1)构建偏振调制器与检偏器输出光谱的模型，具体如下：偏振调制器与检偏器输出光谱的模型，包括：依次连接的第一偏振控制器PC1、偏振调制器PolM、第二偏振控制器PC2、检偏器Pol；直流光通过第一偏振控制器PC1，进入偏振调制器PolM，将该光信号通过第二个偏振控制器PC2输入到一个检偏器Pol中，通过检偏器，实现偏振调制后的光信号由偏振调制到强度调制的转换，最终在光谱上生成有平坦的光谱波长。步骤(1)根据相位调制器与强度调制器的级联模型和偏振调制器与检偏器输出光谱的模型，得出实现平坦等幅值等间隔多频率模型，具体如下：根据相位调制器和偏振调制器级联对光谱的影响，将偏振调制器与相位调制器将偏振调制器作为一个整体，得出实现平坦等幅值、等间隔、多频率模型，该模型包括：依次连接的第一偏振控制器PC1、偏振调制器PolM、第二偏振控制器PC2、检偏器Pol、第三偏振控制器PC3、第一强度调制器PM1和第一相位控制器IM1；还包括：与第一强度调制器连接的第一微波移相器PS1，与第一相本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于等幅值等间隔多波长光源的卫星频谱感知方法，其特征在于步骤如下：(1)构建相位调制器与强度调制器的级联模型和偏振调制器与检偏器输出光谱的模型，根据相位调制器与强度调制器的级联模型和偏振调制器与检偏器输出光谱的模型，得出实现平坦等幅值等间隔多频率模型，光信号进入实现平坦等幅值等间隔多频率模型，依次进行偏振调制、强度调制、相位调制，使输入光信号的频谱被周期性展开，最后进行强度调制，得到等幅值、等间隔的多频率光载波信号；(2)将微波信号调制到步骤(1)得到的等幅值、等间隔的多频率光载波信号上；(3)进行I/Q解调，实现对步骤(2)调制后的信号进行幅度和相位的线性解调，从而在一个光路上完成并行多通道微波频率高精度感知。

【技术特征摘要】
1.一种基于等幅值等间隔多波长光源的卫星频谱感知方法，其特征在于步骤如下：(1)构建相位调制器与强度调制器的级联模型和偏振调制器与检偏器输出光谱的模型，根据相位调制器与强度调制器的级联模型和偏振调制器与检偏器输出光谱的模型，得出实现平坦等幅值等间隔多频率模型，光信号进入实现平坦等幅值等间隔多频率模型，依次进行偏振调制、强度调制、相位调制，使输入光信号的频谱被周期性展开，最后进行强度调制，得到等幅值、等间隔的多频率光载波信号；(2)将微波信号调制到步骤(1)得到的等幅值、等间隔的多频率光载波信号上；(3)进行I/Q解调，实现对步骤(2)调制后的信号进行幅度和相位的线性解调，从而在一个光路上完成并行多通道微波频率高精度感知。2.根据权利要求1所述的一种基于等幅值等间隔多波长光源的卫星频谱感知方法，其特征在于：步骤(1)构建相位调制器与强度调制器的级联模型，具体如下：相位调制器与强度调制器的级联模型，包括：依次连接的第一相位调制器PM1、第二强度调制器PM2、第一强度调制器IM1、第二强度调制器IM2，还包括：与PM1连接的第一微波移相器PS1、与PM2连接的第二微波移相器PS2，与IM1连接的第三微波移相器，与IM2连接的PS4移相器，CW光分别经过两个相位调制器PM和两个强度调制器IM；经过相位调制器，将时域信号的波形映射到频域上，经过强度调制器实现对脉冲的顶部平坦。3.根据权利要求1所述的一种基于等幅值等间隔多波长光源的卫星频谱感知方法，其特征在于：步骤(1)构建偏振调制器与检偏器输出光谱的模型，具体如下：偏振调制器与检偏器输出光谱的模型，包括：依次连接的第一偏振控制器PC1、偏振调制器PolM、第二偏振控制器PC2、检偏器Pol；直流光通过第一偏振控制器PC1，进入偏振调制器PolM，将该光信号通过第二个偏振控制器PC2输入到一个检偏器Pol中，通过检偏器，实现偏振调制后的光信号由偏振调制到强度调制的转换，最终在光谱上生成有平坦的光谱波长。4.根据权利要求1所述的一种基于等幅值等间隔多波长光源的卫星频谱感知方法，其特征在于：步骤(1)根据相位调制器与强度调制器的级联模型和偏振调制器与检偏器输出光谱的模型，得出实现平坦等幅值等间隔多频率模型，具体如下：根据相位调制器和偏振调制器级联对光谱的影响，将偏振调制器与相位调制器将偏振调制器作为一个整体，得出实现平坦等幅值、等间隔、多频率模型，该模型包括：依次连接的第一偏振控制器PC1、偏振调制器PolM、第二偏振控制器PC2、检偏器Pol、第三偏振控制器PC3、第一强度调制器PM1和第一相位控制器IM1；还包括：与第一强度调制器连接的第一微波移相器PS1，与第一相位调制器链接的第二微波移相器PS2；光信号通过第一个偏振控制器进入到偏振调制器PolM，偏振调制器通过射频RF信号调制，输出光通过第二个偏振控制器，在通过检偏器Pol时，检偏器使信号由偏振调制转化为强度调制，检偏器的输出光通过第三个偏振控制器输入到相位调制器PM中，使输入光的频谱被周期性的展开，从而形成等间隔的多频率，相位调制器的输出信号输入到强度调制器中，对产生的多频率进行整形，得到等幅值、等间隔的多频率光信号。5.根据权利要求1所述的一种基于等幅值等间隔多波长光源的卫星频谱感知方法，其特征在于：步骤(2)将微波信号调制到步骤(1)得到的等幅值、等间隔的多频率光载波信号上，具体如下：通过外置的电光调制...

【专利技术属性】
技术研发人员：张建军，雷利华，
申请(专利权)人：中国空间技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11