一种基于光子技术的多普勒频移检测方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于光子技术实现多普勒频移测量的方法及装置。连续的激光光源经耦合器分成两支路，一路首先进入到载波抑制型单边带调制模块中被发射的微波/毫米波信号调制，产生的单个光边带进入到电光调制器中被反射回的、含有多普勒频移信息的微波/毫米波信号调制；第二路进入到声光调制器中产生一定的光学频移；所述的两路输出合并后进入到低速光电探测器，拍频产生低频射频信号；通过对产生的射频信号进行频谱分析，即可得到多普勒频移量及方向。该发明专利技术基于光子学技术，结构简单，整个测量过程与待测微波/毫米波信号载波频率无关，能够在宽频段范围内实施多普勒频移测量。

【技术实现步骤摘要】
一种基于光子技术的多普勒频移检测方法及装置
本专利技术涉及微波检测、微波光子学、雷达领域，尤其是光子学多普勒频移检测技 术。
技术介绍
多普勒频移产生于波源与观测者的相对运动，在无线通信、天文测量，医学成 像、电子战以及雷达等领域具有重要应用。在这些应用中，关键是能够定量、精确地得 到多普勒频移。然而，目前多普勒频移的估计和分析正面临着一系列挑战。一方面， 为了精确地探测到低速运动物体，迫切需要具有良好分辨率的多普勒频移方案和装 置；另一方面，随着雷达技术和新一代通信技术频段向毫米波段发展，整个通信频段几 乎跨越了 0?300GHz的范围，这就要求多普勒频移检测过程与信号频段无关，能在宽 频带范围内执行。此时，电子学方法虽然能够检测和分析多普勒频移（V.C. Chen，and S. Qian, Joint time-frequency transform for radar range-Doppler imaging,，'IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems,vol.34,no.2, pp. 486-499 ,1998 ；R. M. Narayanan, and M.Dawood, Doppler estimation using a coherent ultrawide-band random noise radar,，' IEEE Transactions on Antennas and Propaga tion, vol. 48, no. 6, pp. 868-878, 2000 ；V. C. Chen, F. Li, and H. ffechsler, ^Micro-Doppler effect in radar:phenomenon, model, and simulation study, IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems,vol.42,no. 1, pp. 2-21, 2006 ；A. Amar, and A. J. Weiss, ^Localization of narrowband radio emitters based on Doppler frequency shifts,，'IEEE Transactions on Signal Processing, vol. 56, no. 11, pp. 5500-5508, 2008 .)，但是受限于电子瓶颈和瞬时带宽，已经难以满足在宽频段范围微波信号检测与参数 提取，以及动态重构和调谐。 随着光子学技术的发展，光子型微波信号检测方案成为研究热点，诸如微波信号 频率测量（Μ· V. Drummond, P. Monteiro and R. N. Nogueira, Photonic RF instantaneous frequency measurement by means of a polarization-domain interferometer, ''Optics Express，vol.l7，no. 7，pp. 5433-5438,2009.)和到达角度测量仏2〇11，12.1^，1 Pan, B. Luo, L. S. Yan, and J. Yao, Photonic approach to the measurement of time-difference-〇f-arrival and angle-〇f-arrival of a microwave signal,，'Optics Letter, vol. 37, no. 4, pp. 755-757, 2012.) 〇 需要指出的是，上述的光子学检测方案主要针对微波信号的频率、到达角参数测 量，而光子型多普勒频移测量方法及技术几乎没有报道。为了在宽频段范围内检测多普勒 频移，本专利技术公布了一种新颖的光子型多普勒频移测量方法及装置，充分利用光子技术的 大带宽特性检测微波、毫米波信号的多普勒频移。
技术实现思路
鉴于光子学技术在处理微波/毫米波信号的大带宽和宽频段优势，本专利技术旨在提 供一种光子技术型测量和分析多普勒频移方法，从而在宽频段范围内灵活地、实时地测量 和分析多普勒频移。 本专利技术的目的通过如下手段来实现。 基于光子技术的多普勒频移检测方法，包含由连续光源、载波抑制型单边带调制 模块、电光调制器、声光调制器、低速光电探测器组成。包含如下的处理步骤：连续激光源经 耦合器分成两路；一路光载波首先进入到载波抑制型单边带模块中被发射的微波/毫米波 信号调制，产生的光单边带信号进入到电光调制中被反射回来的、含有多普勒频移信息的 微波/毫米波信号调制；另一路光载波经声光调制器实现给定的频移量f s ;该频移量可以 根据实际需求、设备参数灵活选取一个非零的正数值，比如在几十Hz到几百MHz之间、甚至 可以选取到GHz以上。两支路的输出经耦合器合并进入到低速光电探测器中，拍频产生低 频射频信号；通过分析得到的低频射频信号频谱，得到多普勒频移量及方向。 采用本专利技术的方法，在于整个测量过程与待检测微波/毫米波信号的载波频率无 关，直接分析产生的低频射频信号频谱就可得到多普勒频移量及方向，在宽频段范围内实 现了高精度的多普勒频移检测。 本专利技术的目的还在于为以上方法的实施提供核心装置。 基于光子技术的多普勒频移检测装置，由连续激光源1〇、第一光耦合器20和第二 光耦合器21、光载波抑制型单边带调制模块30、电光调制器40、声光调制器50、低速光探测 器60构成；从激光光源10出发，其输出光经耦合器20分成两支路，上支路进入载波抑制型 单边带调制模块30,该模块由第一电光调制器301和带通滤波器302顺序连接而成；发射 的微波/毫米波信号，频率为f m，在第一电光调制器301中对该路光载波进行外调制，然后 经带通滤波器302滤波后仅得到单个一阶光边带，此单个一阶光边带作为光载波进入到第 二电光调制器40被反射回来的微波/毫米波回波信号，频率为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于光子技术的多普勒频移检测方法，在由连续激光源(10)、第一光耦合器(20)和第二光耦合器(21)、光载波抑制型单边带调制模块(30)、第二电光调制器(40)、声光调制器(50)、低速光探测器(60)构成的装置平台上；从激光光源(10)出发，输出光经耦合器(20)分成两支路，上支路进入载波抑制型单边带调制模块(30)，该模块由一个电光调制器(301)和一个带通滤波器(302)顺序连接而成；发射的微波/毫米波信号，频率为fm，在电光调制器301中对该路光载波进行外调制，然后经带通滤波器(302)滤波后仅得到单个一阶光边带，此单个一阶光边带作为光载波进入到电光调制器(40)被反射回来的微波/毫米波回波信号调制，频率为下支路光载波进入到声光调制器(50)中，使光源频率发生fs偏移，此时光波频率为fc+fs；两路输出经耦合器21合并进入到低速的光电探测器60中，拍频后对得到的射频信号频谱进行分析得到多普勒频移量及方向；包含如下的处理步骤：连续激光源输出的光载波经耦合器分成两支路：一路光载波首先进入到载波抑制型单边带调制模块中被发射的微波/毫米波信号调制，产生的单个光边带进入到电光调制器中被反射回来的、含多普勒频移信息的微波/毫米波信号调制；另一路光载波经声光调制器实现一定的光学频移fs；所述两支路的输出合并后进入到低速的光电探测器中，拍频产生低频射频信号；通过分析得到的低频射频信号频谱，获得多普勒频移量及方向。...

【技术特征摘要】
1. 一种基于光子技术的多普勒频移检测方法，在由连续激光源（10)、第一光耦合器 (20)和第二光耦合器（21)、光载波抑制型单边带调制模块（30)、第二电光调制器（40)、声 光调制器（50)、低速光探测器￠0)构成的装置平台上；从激光光源（10)出发，输出光经耦 合器（20)分成两支路，上支路进入载波抑制型单边带调制模块（30)，该模块由一个电光调 制器（301)和一个带通滤波器（302)顺序连接而成；发射的微波/毫米波信号，频率为fm， 在电光调制器301中对该路光载波进行外调制，然后经带通滤波器（302)滤波后仅得到单 个一阶光边带，此单个一阶光边带作为光载波进入到电光调制器（40)被反射回来的微波/ 毫米波回波信号调制，频率为；下支路光载波进入到声光调制器（50)中，使光源频 率发生fs偏移，此时光波频率为f；+fs ;两路输出经耦合器21合并进入到低速的光电探测 器60中，拍频后对得到的射频信号频谱进行分析得到多普勒频移量及方向；包含如下的处 理步骤：连续激光源输出的光载波经耦合器分成两支路：一路光载波首先进入到载波抑制 型单边带调制模块中被发射的微波/毫米波信号调制，产生的单个光边带进入到电光调制 器中被反射回来的、含多普勒频移信息的微波/毫米波信号调制；另一路光载波经声光调 制器实现一定的光学频移fs ;所述两支路的输出合并后进入到低速的光电探测器中，拍频 产生低频射频信号；通过分析得到的低频射频信号频谱，获得多普勒频移量及方向。2. 根据权利要求1所述之基于光子技术的多普勒频移...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢冰，邹喜华，潘炜，李沛轩，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川;51