一种宽带雷达目标多普勒频移模拟器及实现方法技术

本发明专利技术提供了一种宽带雷达目标多普勒频移模拟器及实现方法，将微波光子技术引入雷达目标多普勒频移模拟器，构建基于偏振复用‑双平行马增调制器的微波光子多普勒频移模拟系统，使多普勒频移分量对雷达信号进行I/Q调制，产生上频移或下频移的雷达多普勒频移回波信号，进而模拟雷达目标的径向速度；同时通过光偏振角度来调整雷达回波信号的功率，进而模拟雷达目标的相对RCS。本发明专利技术雷达信号通过光域处理手段实现多普勒频移，可以有效实现大瞬时带宽、低杂散失真的雷达信号多普勒频移，多普勒频移数值大小、方向、目标数量、回波功率、回波相位均可以调谐。

【技术实现步骤摘要】
一种宽带雷达目标多普勒频移模拟器及实现方法
本专利技术涉及光电领域，尤其是一种多普勒频移模拟器及实现方法。
技术介绍
雷达目标模拟器是雷达系统测量的有效工具，可避免复杂、昂贵、耗时的现场测试，另外它也广泛应用于电子对抗系统。雷达目标模拟器通过天线接收雷达信号，并对其进行延时、多普勒频移和功率调节，以模拟虚拟目标的位置距离、径向速度和雷达散射截面(RadarCrossSection,RCS)。目前雷达目标模拟器普遍采用的模拟或数字存储转发方法，核心组成是基于电子技术的变频、调制、数字信号处理、延时和幅相控制。现代雷达目标模拟器的典型需求是在较高的频率下需要数GHz的瞬时带宽，以便提供更高的分辨率，这在电子领域很难实现。近二十多年来，人们已经证明了微波光子技术可以克服电子技术的带宽瓶颈。基于微波光子技术的雷达目标模拟器可利用光子技术大带宽、低频率依赖和抗电磁干扰的优势，避免采用采样率和有效位数受限的模数转换器和数模转换器，为超宽带雷达模拟提供一种更为简单有效的解决方案。但如何通过微波光子技术构建一个大带宽、多普勒频移范围广、杂散抑制能力高的雷达目标多普勒频移模拟器是一个难题。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术提供一种宽带雷达目标多普勒频移模拟器及实现方法。本专利技术将微波光子技术引入雷达目标多普勒频移模拟器，构建基于偏振复用(PolarizationDivisionMultiplexing,PDM)-双平行马增调制器(DualParallelMach-ZehnderModulator,DPMZM)的微波光子多普勒频移模拟系统，使多普勒频移分量对雷达信号进行I/Q调制，产生上频移或下频移的雷达多普勒频移回波信号，进而模拟雷达目标的径向速度；同时通过光偏振角度来调整雷达回波信号的功率，进而模拟雷达目标的相对RCS。该专利技术具有带宽大、频谱纯度高的特点，可解决雷达目标多普勒频移模拟面临的带宽受限和杂散失真问题。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种宽带雷达目标多普勒频移模拟器，包括直接数字频率合成器(DirectDigitalSynthesizer,DDS)、激光源、PDM-DPMZM、掺铒光纤放大器(Erbium-DopedFiberAmplifier,EDFA)、光滤波器、偏振控制器(PolarizationController,PC)、起偏器和光电探测器(Photodetector,PD)，DDS的两个输出端口分别通过电缆连接PDM-DPMZM的射频端口，激光源的输出端口连接PDM-DPMZM的光输入端口，PDM-DPMZM的输出端口连接EDFA的输入端口，EDFA的输出端口连接光滤波器的输入端口，光滤波器的输出端口连接PC的输入端口，PC的输出端口连接起偏器的输入端口，起偏器的输出端口连接PD的光输入端口。所述PDM-DPMZM包含一个光分路器、两个并行的DPMZM(X-DPMZM和Y-DPMZM)和一个偏振合束器(PolarizationBeamCombiner,PBC)，其中X-DPMZM内部包含两个并联的子调制器XI和XQ，Y-DPMZM内部包含两个并联的子调制器YI和YQ；进入PDM-DPMZM的光信号被光分路器一分为二，分别进入X-DPMZM和Y-DPMZM，X-DPMZM和Y-DPMZM输出的光信号共同输入PBC实现偏振复用，偏振复用信号从PDM-DPMZM调制器输出；DDS的两个输出端口分别通过电缆连接XI和XQ的射频端口，待处理的雷达射频(RadioFrequency,RF)信号通过电缆连接到YI的射频端口，YQ射频端口空载。一种宽带雷达目标多普勒频移模拟器的实现方法，包括如下步骤：步骤1：激光源输出光载波信号表示为Ein(t)＝Ecexp(j2πfct)，其中Ec为光载波的光场幅度，fc为光载波的频率，该光载波信号在PDM-DPMZM中分为四路，分别送入设置在最小点的XI、XQ、YI和YQ子调制器；步骤2：DDS产生的两路相位正交的多普勒频率分量分别表示为I(t)＝Asin(2πfdt)和Q(t)＝Acos(2πfdt)，其中A为多普勒频率分量的幅度，fd为多普勒频率，两个正交信号分别在子调制器XI和XQ中对光载波调制，通过设置XI和XQ的直流偏压，使XI和XQ均工作在最小点；则XI和XQ子调制器输出的光信号分别表示为：其中mA＝πA/(2Vπ)为调制指数，Vπ为调制器半波电压；步骤3：通过设置X-DPMZM的直流偏压时期工作在90°正交点，对XI和XQ两个子调制器输出信号引入相位差90°，实现两个多普勒频移分量的I/Q光调制，则输出X-DPMZM的光信号表示为：步骤4：雷达信号表示为其中VRF和fRF分别是雷达信号的幅度和中心频率，为雷达信号的相位，雷达信号输入YI的射频端口，YQ射频端口空载，通过设置YI和YQ的直流偏压，使YI和YQ均工作在最小点，则Y-DPMZM输出：其中mB＝πVRF/(2Vπ)为雷达信号的调制指数；步骤4：X-DPMZM和Y-DPMZM输出的光信号偏振复用后输出PDM-DPMZM调制器，然后用光滤波器滤除RF调制的负一阶边带，剩下多普勒频率分量I/Q调制光信号和RF调制光的上边带；此时偏振复用信号包含的X分量不变，Y分量分别为：步骤5：滤波后的偏振复用信号经过PC进入起偏器，通过PC调整光偏振角使偏振复用光与起偏器的角度差为α，或者通过PC调整光偏振方位角使两个偏振分量的相位差为θ，则起偏器输出的光信号表示为：Epol(t)＝EX(t)cosα+EY_OF(t)sinαexp(jθ)(6)步骤6：起偏器输出的光信号进入PD光电探测，PD输出的射频信号电流表示为：即得到所需的经过多普勒频移+fd的雷达信号，其中η为PD的响应度；步骤7：通过设置X-DPMZM的直流偏压使X-DPMZM工作在-90°正交点，则PD输出经过多普勒频移为-fd的雷达回波信号，从而改变了多普勒频移的方向；通过DDS更改fd的频率，则更改多普勒频移的数值大小；DDS产生多个正交多普勒频移分量，则对雷达信号进行多个多普勒频移后相叠加，以实现多个雷达目标的径向速度模拟；根据式(7)，通过PC改变偏振复用光的偏振角α，则调节PD输出的射频信号电流，进而改变雷达回波信号功率，实现雷达目标相对RCS的模拟；根据式(7)，通过PC改变偏振复用光的方位角θ，则调节PD输出的射频信号相位，实现雷达回波信号相位的调谐。本专利技术的有益效果由于采用了最新的微波光子学技术，雷达信号通过光域处理手段实现多普勒频移，可以有效实现大瞬时带宽、低杂散失真的雷达信号多普勒频移，多普勒频移数值大小、方向、目标数量、回波功率、回波相位均可以调谐。因此，该方法可以更好的满足目前雷达目标多普勒频移模拟的需求。附图说明图1为本专利技术基于微波光子学的宽带雷达目标多普勒频移模拟器装置图。图2为本专利技术对15GHz载频雷达信号多普勒频移后的雷本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种宽带雷达目标多普勒频移模拟器，其特征在于：/n所述宽带雷达目标多普勒频移模拟器，包括直接数字频率合成器、激光源、PDM-DPMZM、掺铒光纤放大器、光滤波器、偏振控制器、起偏器和光电探测器，DDS的两个输出端口分别通过电缆连接PDM-DPMZM的射频端口，激光源的输出端口连接PDM-DPMZM的光输入端口，PDM-DPMZM的输出端口连接EDFA的输入端口，EDFA的输出端口连接光滤波器的输入端口，光滤波器的输出端口连接PC的输入端口，PC的输出端口连接起偏器的输入端口，起偏器的输出端口连接PD的光输入端口。/n

【技术特征摘要】
1.一种宽带雷达目标多普勒频移模拟器，其特征在于：
所述宽带雷达目标多普勒频移模拟器，包括直接数字频率合成器、激光源、PDM-DPMZM、掺铒光纤放大器、光滤波器、偏振控制器、起偏器和光电探测器，DDS的两个输出端口分别通过电缆连接PDM-DPMZM的射频端口，激光源的输出端口连接PDM-DPMZM的光输入端口，PDM-DPMZM的输出端口连接EDFA的输入端口，EDFA的输出端口连接光滤波器的输入端口，光滤波器的输出端口连接PC的输入端口，PC的输出端口连接起偏器的输入端口，起偏器的输出端口连接PD的光输入端口。


2.根据权利要求1所述的一种宽带雷达目标多普勒频移模拟器，其特征在于：
所述PDM-DPMZM包含一个光分路器、两个并行的DPMZM(X-DPMZM和Y-DPMZM)和一个偏振合束器(PolarizationBeamCombiner,PBC)，其中X-DPMZM内部包含两个并联的子调制器XI和XQ，Y-DPMZM内部包含两个并联的子调制器YI和YQ；进入PDM-DPMZM的光信号被光分路器一分为二，分别进入X-DPMZM和Y-DPMZM，X-DPMZM和Y-DPMZM输出的光信号共同输入PBC实现偏振复用，偏振复用信号从PDM-DPMZM调制器输出；DDS的两个输出端口分别通过电缆连接XI和XQ的射频端口，待处理的雷达射频(RadioFrequency,RF)信号通过电缆连接到YI的射频端口，YQ射频端口空载。


3.一种利用权利要求1所述一种宽带雷达目标多普勒频移模拟器的实现方法，其特征在于包括下述步骤：
步骤1：激光源输出光载波信号表示为Ein(t)＝Ecexp(j2πfct)，其中Ec为光载波的光场幅度，fc为光载波的频率，该光载波信号在PDM-DPMZM中分为四路，分别送入设置在最小点的XI、XQ、YI和YQ子调制器；
步骤2：DDS产生的两路相位正交的多普勒频率分量分别表示为I(t)＝Asin(2πfdt)和Q(t)＝Acos(2πfdt)，其中A为多普勒频率分量的幅度，fd为多普勒频率，两个正交信号分别在子调制器XI和XQ中对光载波调制，通过设置XI和XQ的直流偏压，使XI和XQ均工作在最小点；则XI和XQ子调制器输出的光信号分别表示...

【专利技术属性】
技术研发人员：高永胜，王鑫圆，王武营，郑腾达，谭庆贵，樊养余，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61