基于微波光子正交差频复用的MIMO雷达探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微波光子正交差频复用的MIMO雷达探测方法，在发射端，生成M路光载波和M路中频线性调频信号及频率间隔VfBF的M路本振信号；通过光子上变频生成只保留极性相反的一阶单边带线性调频信号和本振信号的M路调制光信号；对M路调制光信号分别进行光电转换后通过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的M路反射信号，并分别进行光域去斜处理，然后经过数字域混频处理后，得到M×N路携带目标信息的数字信号，对此数字信号进行处理，得到目标探测结果。本发明专利技术还公开了基于微波光子正交差频复用的MIMO雷达探测装置。本发明专利技术能够大大提高雷达系统的频带利用率和方位向分辨率，降低了对采样速率的要求。

Detection Method and Device of MIMO Radar Based on Microwave Photon Orthogonal Differential Frequency Multiplexing

The invention discloses a detection method of M IMO radar based on microwave photon orthogonal difference frequency multiplexing, which generates M-way optical carrier, M-way intermediate frequency linear frequency modulation signal and M-way local oscillator signal of frequency interval VfBF at the transmitter; generates M-way modulated optical signal of first-order single sideband linear frequency modulation signal and local oscillator signal with opposite polarity by photon up-conversion; and advances M-way modulated optical signal respectively. At the receiving end, N receiving antennas are used to receive the M-way reflected signal of the target, and then the M-way digital signal carrying the target information is obtained after the optical domain de-skew processing, and the digital signal is processed by the digital domain mixing processing, and the target detection results are obtained. The invention also discloses a MIMO radar detection device based on microwave photon orthogonal difference frequency multiplexing. The invention can greatly improve the frequency band utilization ratio and azimuth resolution of the radar system, and reduce the requirement for sampling rate.

【技术实现步骤摘要】
基于微波光子正交差频复用的MIMO雷达探测方法及装置
本专利技术涉及一种雷达探测方法，尤其涉及一种采用光子辅助技术的MIMO(Multiple-InputMultiple-Output，多输入多输出)雷达探测方法及装置。
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(参见[F.Scotti,F.Laghezza,P.Ghelfi,A.Bogoni,"Multi-bandsoftware-definedcoherentradarbasedonasinglephotonictransceiver",IEEETrans.MicrowaveTheoryTech.,vol.63,no.2,pp.546-552,2015.])。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雷达同样受限于电子器件的带宽，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。微波光子技术通过把微波信号加载到光波上，实现对微波信号的传输、处理、控制等功能，具有高频、宽带、抗电磁干扰等优点，能完成电子系统难以完成的信号处理及高速传输等功能(参见[J.Yao,"MicrowavePhotonics,"JournalofLightwaveTechnology,vol.27,no.3,pp.314-335,2009.]及[J.Capmany,I.Gasulla,D.Pérez,"Microwavephotonics:Theprogrammableprocessor,"NaturePhotonics,vol.10,no.1,pp.6-8,Dec.2016.])。将微波光子技术应用于雷达系统中，可以改善现有雷达系统的性能。以其高频、大带宽、抗电磁干扰、低损耗等特性有效解决现有雷达系统发展的瓶颈，甚至构建出基于微波光子技术的雷达新结构(参见[F.Zhang,Q.Guo,Z.Wang,P.Zhou,G.Zhang,J.Sun,S.Pan,"Photonics-basedbroadbandradarforhigh-resolutionandreal-timeinversesyntheticapertureimaging,"OpticsExpress,vol.25,no.14,pp.16274-16281,2013.])综上可知，有必要考虑将微波光子技术与MIMO雷达技术相结合，以结合两者的优势，进而大幅提高雷达系统的频带利用率和方位向分辨率，降低对采样速率的要求。然而目前尚未发现有此类技术被公开。
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技术不足，提供一种基于微波光子正交差频复用的MIMO雷达探测方法，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频带利用率和方位向分辨率，降低了对采样速率的要求。本专利技术具体采用以下技术方案解决上述技术问题：基于微波光子正交差频复用的MIMO雷达探测方法，在发射端，生成频率各不相同且相邻频率间隔为定值VfBF的M路本振信号，并将光载波和中频线性调频信号分别分为与M路本振信号一一对应的M路；将每一路本振信号和对应的中频线性调频信号调制于对应的光载波上，生成只保留极性相反的一阶单边带线性调频信号和一阶单边带本振信号的M路调制光信号；将其中一路调制光信号的分束调制光信号分成N路参考光信号；对M路调制光信号分别进行光电转换后得到M路相互正交的上变频线性调频信号，将其通过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的M路反射信号，并基于所述N路参考光信号，对N个接收天线所接收的反射信号分别进行光域去斜处理，然后经过数字域混频处理后，得到M×N路携带目标信息的数字信号，对此数字信号进行处理，得到目标探测结果；所述M、N均为正整数，且两者之和大于等于4；本振信号的频率间隔VfBF大于最大探测距离对应的去斜信号频率。优选地，所述光域去斜处理具体为：将每个接收天线所接收的目标的M路反射信号分别调制于一路参考光信号上，然后分别经过光电转换及低通滤波后，得到N路低频去斜信号，每路去斜信号包含M个频率差为VfBF的携带目标信息的频率分量。优选地，利用工作于抑制载波单边带工作状态的偏分复用-双平行马赫曾德尔调制器与检偏器级联，将每一路本振信号和对应的中频线性调频信号调制于对应的光载波上，生成只保留极性相反的一阶单边带线性调频信号和一阶单边带本振信号的调制光信号。优选地，VfBF满足下式：其中Rmax为雷达最大探测距离，c为光速，k为所述中频线性调频信号的啁啾率。优选地，通过M-1个可调光纤延时线实现M路调制光信号的相对延时精准匹配调节。根据相同的专利技术思路还可以得到以下技术方案：基于微波光子正交差频复用的MIMO雷达装置，包括发射端和接收端，所述发射端包括：信号生成模块，用于生成频率各不相同且相邻频率间隔为定值VfBF的M路本振信号，并将光载波和中频线性调频信号分别分为与M路本振信号一一对应的M路；M个光子上变频模块，用于将每一路本振信号和对应的中频线性调频信号调制于对应的光载波上，生成只保留极性相反的一阶单边带线性调频信号和一阶单边带本振信号的M路调制光信号，然后对M路调制光信号分别进行光电转换后得到M路相互正交的上变频线性调频信号；M个发射天线，用于将M路相互正交的上变频线性调频信号分别发射出去；参考光模块，用于将其中一路调制光信号的分束调制光信号分成N路参考光信号；所述接收端包括：N个接收天线，用于接收目标的M路反射信号；N个光域去斜模块，用于基于所述N路参考光信号，对N个接收天线所接收的反射信号分别进行光域去斜处理，并对所得到信号进行数字域混频处理，得到M×N路携带目标信息的数字信号；信号采集及处理单元，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，且两者之和大于等于4；本振信号的频率间隔VfBF大于最大探测距离对应的去斜信号频率。优选地，所述光域去斜模块包括依次级联的电光调制器、光电探测器、低通滤波器，所述电光调制器的光输入端和微波输入端分别接一路参考光信号和一个接收天线所接收的信号。所述电光调制器可以为马赫曾德尔调制器、或相位调制器、或强度调制器等本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于微波光子正交差频复用的MIMO雷达探测方法，其特征在于，在发射端，生成频率各不相同且相邻频率间隔为定值VfBF的M路本振信号，并将光载波和中频线性调频信号分别分为与M路本振信号一一对应的M路；将每一路本振信号和对应的中频线性调频信号调制于对应的光载波上，生成只保留极性相反的一阶单边带线性调频信号和一阶单边带本振信号的M路调制光信号；将其中一路调制光信号的分束调制光信号分成N路参考光信号；对M路调制光信号分别进行光电转换后得到M路相互正交的上变频线性调频信号，将其通过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的M路反射信号，并基于所述N路参考光信号，对N个接收天线所接收的反射信号分别进行光域去斜处理，然后经过数字域混频处理后，得到M×N路携带目标信息的数字信号，对此数字信号进行处理，得到目标探测结果；所述M、N均为正整数，且两者之和大于等于4；本振信号的频率间隔VfBF大于最大探测距离对应的去斜信号频率。

【技术特征摘要】
1.基于微波光子正交差频复用的MIMO雷达探测方法，其特征在于，在发射端，生成频率各不相同且相邻频率间隔为定值VfBF的M路本振信号，并将光载波和中频线性调频信号分别分为与M路本振信号一一对应的M路；将每一路本振信号和对应的中频线性调频信号调制于对应的光载波上，生成只保留极性相反的一阶单边带线性调频信号和一阶单边带本振信号的M路调制光信号；将其中一路调制光信号的分束调制光信号分成N路参考光信号；对M路调制光信号分别进行光电转换后得到M路相互正交的上变频线性调频信号，将其通过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的M路反射信号，并基于所述N路参考光信号，对N个接收天线所接收的反射信号分别进行光域去斜处理，然后经过数字域混频处理后，得到M×N路携带目标信息的数字信号，对此数字信号进行处理，得到目标探测结果；所述M、N均为正整数，且两者之和大于等于4；本振信号的频率间隔VfBF大于最大探测距离对应的去斜信号频率。2.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述光域去斜处理具体为：将每个接收天线所接收的目标的M路反射信号分别调制于一路参考光信号上，然后分别经过光电转换及低通滤波后，得到N路低频去斜信号，每路去斜信号包含M个频率差为VfBF的携带目标信息的频率分量。3.如权利要求1所述方法，其特征在于，利用工作于抑制载波单边带工作状态的偏分复用-双平行马赫曾德尔调制器与检偏器级联，将每一路本振信号和对应的中频线性调频信号调制于对应的光载波上，生成只保留极性相反的一阶单边带线性调频信号和一阶单边带本振信号的调制光信号。4.如权利要求1所述方法，其特征在于，VfBF满足下式：其中Rmax为雷达最大探测距离，c为光速，k为所述中频线性调频信号的啁啾率。5.如权利要求1所述方法，其特征在于，通过M-1个可调光纤延时线实现M路调制光信号的相对延时精准匹配调节...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘时龙，郭清水，张浩，张方正，周悦雯，丁杰文，杨元奇，赵家宁，何正前，
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