微波光子MIMO雷达探测方法及微波光子MIMO雷达系统技术方案

本发明专利技术公开了一种微波光子MIMO雷达探测方法。将M路带宽、啁啾率相同且频率互不重叠的中频线性调频信号调制于M路波长不同的光载波上，生成M路只保留正负二阶边带的光信号；将这M路光信号通过光波分复用器合并后分为两路；将其中一路分为N束参考光；对另外一路光信号进行光电转换并将其中相互正交的M个线性调频信号分离出来发射出去；利用N个接收天线分别接收目标反射信号，进行去斜处理和波长解复用，对所得到的M路光信号分别进行光电转换、低通滤波和模数转换，得到M×N路数字信号，对数字信号进行处理，得到目标探测结果。本发明专利技术还公开了一种微波光子MIMO雷达系统。本发明专利技术能够大大提高雷达系统的距离向分辨率和方位向分辨率。

Microwave photon MIMO radar detection method and microwave photon MIMO radar system

The invention discloses a microwave photon MIMO radar detection method. The M LFM signal with the same bandwidth, the same chirp rate and no overlapping frequency is modulated on the optical carrier with different wavelengths in the M road. The M road is generated only with the light signal of the positive and negative two order side band, and the M road optical signal is divided into two paths through the optical wavelength division multiplexer, and one of them is divided into N beam reference light; and another optical letter is used. The number of M linear FM signals which are orthogonal to each other is separated out and sent out; the target reflection signal is received by N receiving antennas, and the obliquely processing and wavelength demultiplexing are carried out. The obtained M road optical signals are converted into photoelectric conversion, low pass filter and analog digital conversion, and the M x N road digital letter is obtained. The signal is processed and the target detection result is obtained. The invention also discloses a microwave photon MIMO radar system. The invention can greatly improve the range resolution and azimuth resolution of the radar system.

【技术实现步骤摘要】
微波光子MIMO雷达探测方法及微波光子MIMO雷达系统
本专利技术涉及一种微波光子雷达探测方法，尤其涉及一种微波光子MIMO(Multiple-InputMultiple-Output，多输入多输出)雷达探测方法及微波光子MIMO雷达系统。
技术介绍
雷达是人类进行全天候目标探测与识别的主要手段，多功能、高精度、实时探测一直是雷达研究者追求的目标。为了实现高性能的目标监测和高分辨率的成像，探测物体需要大带宽的发射信号以及快速的数字信号处理。传统雷达系统由于电子器件的带宽限制导致直接产生的信号只有几千兆赫兹(参见[P.Ghelfi,F.Laghezza,F.Scotti,G.Serafino,S.Pinna,D.Onori,E.Lazzeri,andA.Bogoni,“Photonicsinradarsystems,”IEEEMicrow.Mag.,16(8),74-83(2015).])，很难实现大带宽信号的产生、控制和处理。随着下一代雷达对更高载波频率、更大工作带宽等的需求也逐渐迫切，传统雷达很难满足未来应用的需求。多输入多输出(MIMO)雷达是一种新型雷达技术，采用多输入多输出的阵列配置，可以得到更加全面的目标散射信息，从而提高雷达系统的目标探测能力。但是MIMO雷达同样受电子器件的带宽限制，难以实现高分辨率的探测。另一方面，得益于微波光子技术的快速发展以及它大带宽、低传输损耗、抗电磁干扰等特性，能够提供高频率、大带宽的任意波形产生，因此能很好地克服若干电子瓶颈问题，改善和提高传统雷达多项技术性能，成为下一代雷达的关键技术。虽然引入微波光子技术后可以得到高载频、大带宽的发射信号，提升了雷达的距离分辨率(参见[F.Zhang,Q.Guo,andS.Pan,“Photonics-basedreal-timeultra-high-range-resolutionradarwithbroadbandsignalgenerationandprocessing,”Sci.Rep.,7,13848,(2017).])，但是雷达的方位分辨率需要通过目标和雷达的相对转动实现，这就意味着需要大的相干处理间隔(CPI)或者需要较长的测量时间才能获得较高的方位分辨率。在探测运动轨迹和参数未知的非合作目标的实际应用中，这并不总是可行的，因为目标的速度和姿势的波动会使雷达的目标检测能力下降。因此，如何同时提高雷达系统的距离分辨率和方位分辨率对目标的检测能力的提升和改善非常有意义。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于克服现有雷达技术不足，提供一种微波光子MIMO雷达探测方法及微波光子MIMO雷达系统，同时具有光子技术和MIMO雷达技术的优势，能够大大提高雷达系统的距离向分辨率和方位向分辨率。本专利技术具体采用以下技术方案解决上述技术问题：一种微波光子MIMO雷达探测方法，在发射端，将M路带宽、啁啾率相同且频率互不重叠的中频线性调频信号一一对应地调制于M路波长不同的光载波上，生成M路只保留正负二阶边带的调制光信号；将这M路调制光信号通过光波分复用器合并后分为两路；将其中一路分为N束参考光；对另外一路光信号进行光电转换，得到包含M个相互正交的线性调频信号的电信号，然后将这M个线性调频信号分离出来作为发射信号，通过M个发射天线分别发射出去；在接收端，利用N个接收天线分别接收目标反射信号；然后基于所述N束参考光，对所接收的N路目标反射信号进行去斜处理和波长解复用，对所得到的M路光信号分别进行光电转换、低通滤波和模数转换，得到M×N路携带目标信息的数字信号，最后对所述数字信号进行处理，得到目标探测结果；所述M、N均为正整数，且两者之和大于2；每个线性调频信号的带宽远大于去斜后的信号频率，且雷达信号的载频大于相邻通道线性调频信号的初始频率差。优选地，所述去斜处理具体为：将每个接收天线所接收的目标反射信号相位调制于一束参考光上，生成仅有光载波和正负一阶边带的相位调制信号。优选地，利用工作于四倍频工作状态的双平行马赫曾德尔调制器将中频线性调频信号调制于光载波上，生成只保留正负二阶边带的调制光信号。进一步地，M路调制光信号通过光波分复用器合并后，先进行光信号放大后再分为两路；对所述包含M个相互正交的线性调频信号的电信号先进行放大，再将这M个线性调频信号分离出来；所接收的N路目标反射信号先进行低相噪放大后再进行去斜处理。优选地，通过直接数字频率合成器生成所述中频线性调频信号。根据相同的专利技术思路还可以得到相应的装置技术方案如下：一种微波光子MIMO雷达系统，包括发射端和接收端，所述发射端包括：调制单元，用于将M路带宽、啁啾率相同且频率互不重叠的中频线性调频信号一一对应地调制于M路波长不同的光载波上，生成M路只保留正负二阶边带的调制光信号；光波分复用器，用于合并调制单元所生成的M路调制光信号；光耦合器，用于将光波分复用器输出的光信号分为两路；光分束器，用于将光耦合器所输出的其中一路光信号分为N束参考光；光电探测器，用于对光耦合器所输出的另外一路光信号进行光电转换，得到包含M个相互正交的线性调频信号的电信号；信号发射阵列，用于将这M个线性调频信号分离出来；发射天线阵列，其包括M个发射天线，用于将信号发射阵列所分离出的M个线性调频信号分别发射出去；所述接收端包括：接收天线阵列，其包括N个接收天线，用于分别接收目标反射信号；信号接收阵列，用于基于所述N束参考光，对接收天线阵列所接收的N路目标反射信号进行去斜处理和波长解复用，对所得到的M路光信号分别进行光电转换、低通滤波和模数转换，得到M×N路携带目标信息的数字信号；数字信号处理模块，用于对所述数字信号进行处理，得到目标探测结果；所述M、N均为正整数，且两者之和大于2；每个线性调频信号的带宽远大于去斜后的信号频率，且雷达信号的载频大于相邻通道线性调频信号的初始频率差。优选地，所述信号接收阵列包括用于对接收天线阵列所接收的N路目标反射信号进行去斜处理的N个相位调制器，每个相位调制器的光信号输入端、微波信号输入端分别连接一束参考光和一路目标反射信号；每个相位调制器生成仅有光载波和正负一阶边带的相位调制信号。优选地，调制单元利用M个工作于四倍频工作状态的双平行马赫曾德尔调制器，将M路带宽、啁啾率相同且频率互不重叠的中频线性调频信号一一对应地调制于M路波长不同的光载波上，生成M路只保留正负二阶边带的调制光信号。进一步地，所述发射端还包括接于光波分复用器和光耦合器之间的光放大器，以及接于信号发射阵列与光电探测器之间的电放大器；所述接收端还包括接于接收天线阵列与信号接收阵列之间的N个低相噪放大器。优选地，所述调制单元包括M个直接数字频率合成器，用于生成M路带宽、啁啾率相同且频率互不重叠的中频线性调频信号。相比现有技术，本专利技术具有以下有益效果：1)本专利技术利用基于光子技术的信号产生方案和去斜的处理方法，大大提高了雷达系统的操作，能实现更高的雷达距离分辨率；2)本专利技术采用MIMO雷达多输入多输出的阵列结构，能够多角度多方位的观测目标，得到更加全面的目标散射信息，同时还能获得远多于实际收发阵元数目的数据通道以及系统自由度，从而可在较短的测量时间内实现更高的雷达方位分辨率；3)本专利技术的信号接收部分中，仅利用低速的模数转本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微波光子MIMO雷达探测方法，其特征在于，在发射端，将M路带宽、啁啾率相同且频率互不重叠的中频线性调频信号一一对应地调制于M路波长不同的光载波上，生成M路只保留正负二阶边带的调制光信号；将这M路调制光信号通过光波分复用器合并后分为两路；将其中一路分为N束参考光；对另外一路光信号进行光电转换，得到包含M个相互正交的线性调频信号的电信号，然后将这M个线性调频信号分离出来作为发射信号，通过M个发射天线分别发射出去；在接收端，利用N个接收天线分别接收目标反射信号；然后基于所述N束参考光，对所接收的N路目标反射信号进行去斜处理和波长解复用，对所得到的M路光信号分别进行光电转换、低通滤波和模数转换，得到M×N路携带目标信息的数字信号，最后对所述数字信号进行处理，得到目标探测结果；所述M、N均为正整数，且两者之和大于2；每个线性调频信号的带宽远大于去斜后的信号频率，且雷达信号的载频大于相邻通道线性调频信号的初始频率差。

【技术特征摘要】
1.一种微波光子MIMO雷达探测方法，其特征在于，在发射端，将M路带宽、啁啾率相同且频率互不重叠的中频线性调频信号一一对应地调制于M路波长不同的光载波上，生成M路只保留正负二阶边带的调制光信号；将这M路调制光信号通过光波分复用器合并后分为两路；将其中一路分为N束参考光；对另外一路光信号进行光电转换，得到包含M个相互正交的线性调频信号的电信号，然后将这M个线性调频信号分离出来作为发射信号，通过M个发射天线分别发射出去；在接收端，利用N个接收天线分别接收目标反射信号；然后基于所述N束参考光，对所接收的N路目标反射信号进行去斜处理和波长解复用，对所得到的M路光信号分别进行光电转换、低通滤波和模数转换，得到M×N路携带目标信息的数字信号，最后对所述数字信号进行处理，得到目标探测结果；所述M、N均为正整数，且两者之和大于2；每个线性调频信号的带宽远大于去斜后的信号频率，且雷达信号的载频大于相邻通道线性调频信号的初始频率差。2.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述去斜处理具体为：将每个接收天线所接收的目标反射信号相位调制于一束参考光上，生成仅有光载波和正负一阶边带的相位调制信号。3.如权利要求1所述方法，其特征在于，利用工作于四倍频工作状态的双平行马赫曾德尔调制器将中频线性调频信号调制于光载波上，生成只保留正负二阶边带的调制光信号。4.如权利要求1所述方法，其特征在于，M路调制光信号通过光波分复用器合并后，先进行光信号放大后再分为两路；对所述包含M个相互正交的线性调频信号的电信号先进行放大，再将这M个线性调频信号分离出来；所接收的N路目标反射信号先进行低相噪放大后再进行去斜处理。5.如权利要求1所述方法，其特征在于，通过直接数字频率合成器生成所述中频线性调频信号。6.一种微波光子MIMO雷达系统，包括发射端和接收端，其特征在于，所述发射端包括：调制单元，用于将M路带宽、啁啾率相同且频率互不重叠的中频线性调频信号一一对应地调制于M路波长不同的光载波上，生成M路只保留正负二阶边带的调制光信号；光波分复用器，用于合并调制单元所生成的M路调制光信号；光耦合...

【专利技术属性】
技术研发人员：张方正，高彬栋，潘时龙，赵二毛，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32