一种微波光子雷达实现方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种微波光子雷达实现方法及系统，包括：发射链路、发射天线、接收链路、接收天线和数据处理与控制模块，其中，所述发射链路，其一端与所述数据处理与控制模块连接，另一端与所述发射天线连接，用于提供所需要的雷达发射信号；所述发射天线，其与所述发射链路连接，用于发射雷达信号；所述接收链路，其一端与所述数据处理与控制模块连接，另一端与所述接收天线连接，用于从接收到的雷达信号中提取目标信息；所述接收天线，其与所述接收链路连接，用于接收雷达信号；所述数据处理与控制模块，其与所述发射链路和所述接收链路连接，用于控制所述雷达系统的时序、通信及回波信号中目标信号的提取。

A realization method and system of microwave photon radar

【技术实现步骤摘要】
一种微波光子雷达实现方法及系统
本专利技术涉及雷达
，具体的，涉及一种微波光子雷达实现方法及系统。
技术介绍
雷达由于独特的全天候、全天时技术优势，在军事和民事用途中发挥了越来越重要的作用。无人技术的兴起结合隐身、超高声速等武器已有发展特征，使得天空威胁样式更加多样化，这就迫使雷达装备要需要同时有效的探测多种目标的能力。此外，战场环境实时感知和遥感测绘也需要高分辨率和多频段融合图像，这向空天平台雷达提出更高精度和多频段工作要求。以上需求对雷达实现技术提出了功能可重构和高分辨率，即频段宽调谐和带宽大且可调谐的要求。传统雷达由于“电子瓶颈”限制，在频段调谐和带宽上难以突破。近年来，作为微波技术和光子技术交叉领域的微波光子技术快速发展，该技术具有高频、超宽带、低相噪等先天优势，其在雷达系统中的应用一直是研究热点，基于该技术的雷达系统实现即微波光子雷达更是得到多个国家和研究团队的重视。为了解决微波光子雷达的这个问题，早在2014年意大利研究小组已经在《Nature》上报道了国际首台微波光子技术雷达(F.Scotti,F.Laghezza,D.Onori,andA.Bogoni,"Fieldtrialofaphotonics-baseddual-bandfullycoherentradarsysteminamaritimescenario,"IetRadarSonarNav11(3),420-425(2017).)，之后相继将该雷达系统升级为双频段一体化探测雷达、双频段融合成像雷达，该系列雷达在收发两端基于同一锁模激光器所输出的光频梳实现线性调频波形产生回波信号光采样接收，展示了微波光子雷达优异的调谐能力和频段兼容能力。由于其带宽受限于光频梳间隔，而大模式间隔的被动锁模激光器实现仍存在挑战，因此该方法无法实现大带宽信号的产生，其带宽仅在百兆赫兹量级，无法实现更高精度探测。之后，中科院电子所(R.Li,W.Li,M.Ding,Z.Wen,Y.Li,L.Zhou,S.Yu,T.Xing,B.Gao,Y.Luan,Y.Zhu,P.Guo,Y.Tian,andX.Liang,"Demonstrationofamicrowavephotonicsyntheticapertureradarbasedonphotonic-assistedsignalgenerationandstretchprocessing,"Opt.Express25(13),14334-14340(2017).)、南京航空航天大学(F.Zhang,Q.Guo,Z.Wang,P.Zhou,G.Zhang,J.Sun,andS.Pan,"Photonics-basedbroadbandradarforhigh-resolutionandreal-timeinversesyntheticapertureimaging,"Opt.Express25(14),16274-16281(2017).)、空军预警学院(A.Wang,J.Wo,X.Luo,Y.Wang,W.Cong,P.Du,J.Zhang,B.Zhao,J.Zhang,Y.Zhu,J.Lan,andL.Yu,"Ka-bandmicrowavephotonicultra-widebandimagingradarforcapturingquantitativetargetinformation,"Opt.Express26,20708-20717(2018).)、清华大学(S.Peng,S.Li,X.Xue,X.Xiao,D.Wu,X.Zheng,andB.Zhou,"High-resolutionW-bandISARimagingsystemutilizingalogic-operation-basedphotonicdigital-to-analogconverter,"Opt.Express26,1978-1987(2018).)相关研究小组基于单频激光器分别构建了基于光上倍频和光下变频的微波光子雷达系统，其基本结构均是：在发射支路利用不同的光上变频技术获得高频大带宽发射信号，在接收端利用不同光下变频技术实现对宽带回波信号的有效接收。空军预警学院利用所构建的微波光子超宽带雷达样机实现了民航客机、无人机及雷峰塔等目标的高分辨成像，展示了微波光子雷达的超宽带优势。南京航空航天大学随后又进一步提出了一种芯片化的微波光子成像雷达架构，利用双路光分别调制实现基于光四倍频技术的信号产生。针对前述探测需求，以上所报道系统还存在两方面不足：一是无论是光上变频还是下变频均是通过对马赫增德尔调制器的偏置状态控制实现的，而其状态精确长时间稳定控制仍是一个挑战，导致系统状态存在漂移情况，影响微波光子雷达的实用价值；二是上述系统在实现带宽倍频的同时也对中心频率进行了倍频，中心频率和带宽无法做到独立可调谐，大气对高频信号的强衰减作用限制了其探测距离。通过以上对比分析，目前微波光子雷达系统还无法实现中心频率和带宽的独立可调谐及无状态偏移的持续工作，还难以应对高精度及多功能可重构探测需求。
技术实现思路
在
技术实现思路
部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施例部分中进一步详细说明。本专利技术的
技术实现思路
部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。为至少部分地解决上述技术问题，本专利技术提供了一种微波光子雷达系统实现方法及系统，在系统中利用多级相位调制加光组合滤波方式实现载频与带宽均可调谐雷达信号的发射与接收，相位调制无需状态控制使得本系统工作状态稳定且结构简单，将由独立器件构成的系统进行集成化设计可实现低成本微波光子雷达系统芯片。一种微波光子雷达实现系统，其特征在于，包括：发射链路、发射天线、接收链路、接收天线和数据处理与控制模块，其中，所述发射链路，其一端与所述数据处理与控制模块连接，另一端与所述发射天线连接，用于提供所需要的雷达发射信号；所述发射天线，其与所述发射链路连接，用于发射雷达信号；所述接收链路，其一端与所述数据处理与控制模块连接，另一端与所述接收天线连接，用于从接收到的雷达信号中提取目标信息；所述接收天线，其与所述接收链路连接，用于接收雷达信号；所述数据处理与控制模块，其与所述发射链路和所述接收链路连接，用于控制所述雷达系统的时序、通信及回波信号中目标信号的提取。进一步地，所述发射链路包括：激光器的输入接口与所述数据处理与控制模块连接，所述激光器的输出接口与第一相位调制器的输入接口连接，所述第一相位调制器的输出接口与双带通光滤波器的输入接口连接，所述双带通光滤波器的输出接口与第二相位调制器的输入接口连接，所述第二相位调制器的输出接口与带通光滤波器的输入接口连接，所述带通光滤波器的输出接口与1×2耦合器的输入接口连接，所述1×2耦合器的输出接口分两个，所述1×2耦合器的第一个输出接口与第一光电探测器的输入接口连接，所述1×2耦合器的第二个输出接口与所述接收链路的可调光延时线的输入接口连接本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微波光子雷达实现系统，其特征在于，包括：/n发射链路、发射天线、接收链路、接收天线和数据处理与控制模块，其中，/n所述发射链路，其一端与所述数据处理与控制模块连接，另一端与所述发射天线连接，用于提供所需要的雷达发射信号；/n所述发射天线，其与所述发射链路连接，用于发射雷达信号；/n所述接收链路，其一端与所述数据处理与控制模块连接，另一端与所述接收天线连接，用于从接收到的雷达信号中提取目标信息；/n所述接收天线，其与所述接收链路连接，用于接收雷达信号；/n所述数据处理与控制模块，其与所述发射链路和所述接收链路连接，用于控制所述雷达系统的时序、通信及回波信号中目标信号的提取。/n

【技术特征摘要】
1.一种微波光子雷达实现系统，其特征在于，包括：
发射链路、发射天线、接收链路、接收天线和数据处理与控制模块，其中，
所述发射链路，其一端与所述数据处理与控制模块连接，另一端与所述发射天线连接，用于提供所需要的雷达发射信号；
所述发射天线，其与所述发射链路连接，用于发射雷达信号；
所述接收链路，其一端与所述数据处理与控制模块连接，另一端与所述接收天线连接，用于从接收到的雷达信号中提取目标信息；
所述接收天线，其与所述接收链路连接，用于接收雷达信号；
所述数据处理与控制模块，其与所述发射链路和所述接收链路连接，用于控制所述雷达系统的时序、通信及回波信号中目标信号的提取。


2.根据权利要求1所述的微波光子雷达实现系统，其特征在于，所述发射链路包括：激光器的输入接口与所述数据处理与控制模块连接，所述激光器的输出接口与第一相位调制器的输入接口连接，所述第一相位调制器的输出接口与双带通光滤波器的输入接口连接，所述双带通光滤波器的输出接口与第二相位调制器的输入接口连接，所述第二相位调制器的输出接口与带通光滤波器的输入接口连接，所述带通光滤波器的输出接口与1×2耦合器的输入接口连接，所述1×2耦合器的输出接口分两个，所述1×2耦合器的第一个输出接口与第一光电探测器的输入接口连接，所述1×2耦合器的第二个输出接口与所述接收链路的可调光延时线的输入接口连接，所述第一光电探测器的输出接口与功放的输入接口连接，其中，微波信号源与所述第一相位调制器和所述第二相位调制器连接，并为其提供相位调制信号；所述激光器为所述发射链路提供光信号源。


3.根据权利要求1所述的微波光子雷达实现系统，其特征在于，所述接收链路包括：低噪放的输出接口与第三相位调制器的输入接口连接，所述第三相位调制器的输出接口与光滤波器的输入接口连接，所述光滤波器的输出接口与第二光电探测器的输入接口连接，所述第二光电探测器的输出接口与中频滤波放大器的输入接口连接，所述中频滤波放大器的输出接口与模数转换器的输入接口连接，所述模数转换器的输出接口与所述数据处理与控制模块连接，其中，所述可调光延时线的输出接口与所述第三相位调制器连接。


4.根据权利要求1所述的微波光子雷达实现系统，其特征在于，所述数据处理与控制模块与所述发射链路的所述激光器连接，所述数据处理与控制模块与所述接收链路的所述模数转换器连接，所述数据处理与控制模块通过信号传输线与所述发射链路的所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：王安乐，罗雄，王亚兰，王党卫，
申请(专利权)人：中国人民解放军空军预警学院，
类型：发明
国别省市：湖北;42