一种雷达的波束形成系统及基于其的发射和接收方法技术方案

本发明专利技术公开了一种雷达的波束形成系统，包括若干个第一光合波/分波器件和若干组光时延组件，还包括一个第二光合波/分波器，每组光时延组件的一端连接一个第一光合波/分波器，另一端共同连接第二光合波/分波器；每组光时延组件包括光色散时延组件和光传输时延组件，所述光色散时延组件包括若干间隔排列的色散时延器件和光开关，所述光传输时延组件包括若干间隔排列的传输时延器件和光开关。本发明专利技术的方法使得雷达在功能性保持不变的前提下，器件数量、模块体积、功率消耗、成本预算等都得到大幅下降，并且，阵面规模越大，下降的幅度越多。下降的幅度越多。下降的幅度越多。

【技术实现步骤摘要】
一种雷达的波束形成系统及基于其的发射和接收方法


[0001]本专利技术涉及雷达领域，具体涉及一种光波束形成系统及基于其的发射和接收方法。

技术介绍

[0002]随着雷达向探、干、侦、通等一体化方向发展，其带宽不断增大，载频也不断提升。光子技术以其大带宽、低损耗、抗电磁干扰等方面的优势，避免传统电学限制因素，受到越来越多的关注。其中，可实现真时延的光学波束形成系统是核心技术之一。
[0003]目前，光控相控阵的波束形成主要有两种解决方案，一是传输时延法，二是色散时延法。
[0004]传输时延法(如图2所示)，是指通过光介质长度对雷达阵面发射/接收通道的传输光程进行改变，从而调控通道间的相位，对波束指向进行改变。然而，传输时延方法使用的光开关数量巨大，且需配套相同规模的光放大器等，导致光波束形成系统的成本、体积和功耗居高不下。
[0005]色散时延法(如图3所示)，是基于色散器件，通过不同波长在器件中的色散量不同，实现通道间的相位控制。由于每通道间的光程差均相等，并且只能等比例的改变，所以单纯的色散时延方法仅适用于一维线阵，而不能用于二维面阵的波束扫描。
[0006]随着对光控相控阵雷达中光波束形成网络的需求日益迫切，进一步缩小波束形成系统的体积、成本、功耗等，成为亟待解决的实际问题。

技术实现思路

[0007]为了解决上述问题，本专利技术提出了一种雷达的波束形成系统，包括若干个第一光合波/分波器件和若干组光时延组件，还包括一个第二光合波/分波器，每组光时延组件的一端连接一个第一光合波/分波器，另一端共同连接第二光合波/分波器；每组光时延组件包括光色散时延组件和光传输时延组件，所述光色散时延组件包括若干间隔排列的色散时延器件和光开关，所述光传输时延组件包括若干间隔排列的传输时延器件和光开关；所述第一光合波/分波器件以及第二光合波/分波器均为光合波器件时，波束形成系统实现光波束的接收，所述第一光合波/分波器件以及第二光合波/分波器均为光分波器件时，波束形成系统实现光波束的发射。
[0008]还提出了一种雷达的波束接收方法，基于上述波束形成系统，其中波束形成系统的第一光合波/分波器件以及第二光合波/分波器均为光合波器件，所述接收方法包括如下步骤：
[0009]根据雷达系统指标中的波束扫描最大角度和波束扫描步进，确定波束扫描水平位数和波束扫描垂直位数；
[0010]确定阵面中的每一路光通道的光波长或光频率；
[0011]全部光通道的光都进入第一光合波器件，其中各光通道的光按行或按列进入同一
个第一光合波器件；
[0012]每个第一光合波器件将光输入到相应的光时延组件，采用色散时延法和传输时延法对各光通道进行扫描；
[0013]将基于水平维度扫描和垂直维度扫描的每行/列的光通过第二光合波器合成为一路。
[0014]还提出了一种雷达的波束发射方法，基于上述波束形成系统，其中波束形成系统的第一光合波/分波器件以及第二光合波/分波器均为光分波器件，所述发射方法包括如下步骤：
[0015]根据雷达系统指标中的波束扫描最大角度和波束扫描步进，确定波束扫描水平位数和波束扫描垂直位数；
[0016]确定阵面中的每一路光通道的光波长或者光频率；
[0017]波束进入第二光分波器件，进行光波长或者光频率分解后分别进入不同的光时延组件；
[0018]采用色散时延法或传输时延法对各光通道进行扫描；
[0019]将扫描后的各光通道的光通过相应的第一光分波器分波到不同光路中，进行发射。
[0020]进一步地，采用色散时延法和传输时延法对各光通道进行扫描，具体为：
[0021]采用色散时延法对同一行的光通道进行水平方向扫描；
[0022]采用传输时延法对同一列的光通道进行垂直方向扫描。
[0023]进一步地，采用色散时延法和传输时延法对各光通道完成扫描，具体为：
[0024]采用传输时延法对同一行的光通道进行水平方向扫描；
[0025]采用色散时延法对同一列的光通道进行垂直方向扫描。
[0026]进一步地，波束水平扫描位数和波束垂直扫描位数的计算公式具体为：
[0027][0028][0029]其中，W
水平
为波束水平扫描位数，W
垂直
为波束垂直扫描位数，ceil表示向上取整函数，θ
水平
为波束扫描最大水平角度，θ
垂直
为波束扫描最大垂直角度，Δθ
水平
为波束扫描水平步进，Δθ
垂直
为波束扫描垂直步进。
[0030]进一步地，所述阵面中的每一路光通道的光波长的确定公式具体为：
[0031][0032]其中，λ
ij
表示第i行第j列的光通道的光波长，1≤i≤M，1≤j≤N，M表示光通道的行数，N表示光通道的列数；
[0033]所述阵面中的每一路光通道的光频率的确定公式具体为：
[0034][0035]其中，f
ij
表示第i行第j列的光通道的光频率，1≤i≤M，1≤j≤N，M表示光通道的行数，N表示光通道的列数。
[0036]进一步地，采用色散时延法对同一行的光通道进行水平方向扫描，具体为在每一行合成光通道后进入对应的色散时延光开关阵列，所述每个色散时延光开关阵列由W
水平
个色散器件和W
水平
+1个光开关间隔排列，每个色散器件的相对时延量为：
[0037][0038]其中，表示第W
m
个色散器件的相对时延量，|τ
fix水平
|为每一行光通道的初始色散相对时延差的绝对值，|τ
fix水平
|＝d
水平
×
sin(θ
水平
)/c，d
水平
为阵面水平方向相邻通道间距，c为光速，θ
水平
为水平方向扫描的单向最大角度，W
m
为1到W
水平
之间的整数。
[0039]进一步地，采用传输时延法对同一列的光通道进行垂直方向扫描，具体为经过色散时延光开关阵列的每一行合成光通道进入对应的传输时延光开关阵列，所述每个传输时延光开关阵列由W
垂直
个色散器件和W
垂直
+1个光开关间隔排列，每个色散器件的相对时延量为：
[0040][0041]其中，表示第W
n
个传输器件的相对时延量，|τ
fix垂直
|为每一列光通道的初始传输相对时延差的绝对值，|τ
fix垂直
|＝d
垂直
×
sin(θ
垂直
)/c，d
水平
为阵面垂直方向相邻通道间距，c为光速，θ
垂直
为垂直方向扫描的单向最大角度，W
n
为1到W
垂直
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种雷达的波束形成系统，其特征在于，包括若干个第一光合波/分波器件和若干组光时延组件，还包括一个第二光合波/分波器，每组光时延组件的一端连接一个第一光合波/分波器，另一端共同连接第二光合波/分波器；每组光时延组件包括光色散时延组件和光传输时延组件，所述光色散时延组件包括若干间隔排列的色散时延器件和光开关，所述光传输时延组件包括若干间隔排列的传输时延器件和光开关；所述第一光合波/分波器件以及第二光合波/分波器均为光合波器件时，波束形成系统实现光波束的接收，所述第一光合波/分波器件以及第二光合波/分波器均为光分波器件时，波束形成系统实现光波束的发射。2.一种雷达的波束接收方法，其特征在于，基于权利要求1所述波束形成系统，其中波束形成系统的第一光合波/分波器件以及第二光合波/分波器均为光合波器件，所述接收方法包括如下步骤：根据雷达系统指标中的波束扫描最大角度和波束扫描步进，确定波束扫描水平位数和波束扫描垂直位数；确定阵面中的每一路光通道的光波长或光频率；全部光通道的光都进入第一光合波器件，其中各光通道的光按行或按列进入同一个第一光合波器件；每个第一光合波器件将光输入到相应的光时延组件，采用色散时延法和传输时延法对各光通道进行扫描；将基于水平维度扫描和垂直维度扫描的每行/列的光通过第二光合波器合成为一路。3.一种雷达的波束发射方法，其特征在于，基于权利要求1所述波束形成系统，其中波束形成系统的第一光合波/分波器件以及第二光合波/分波器均为光分波器件，所述发射方法包括如下步骤：根据雷达系统指标中的波束扫描最大角度和波束扫描步进，确定波束扫描水平位数和波束扫描垂直位数；确定阵面中的每一路光通道的光波长或者光频率；波束进入第二光分波器件，进行光波长或者光频率分解后分别进入不同的光时延组件；采用色散时延法或传输时延法对各光通道进行扫描；将扫描后的各光通道的光通过相应的第一光分波器分波到不同光路中，进行发射。4.根据权利要求2所述的雷达的波束接收方法，其特征在于，采用色散时延法和传输时延法对各光通道进行扫描，具体为：采用色散时延法对同一行的光通道进行水平方向扫描；采用传输时延法对同一列的光通道进行垂直方向扫描。5.根据权利要求2所述的雷达的波束接收方法，其特征在于，采用色散时延法和传输时延法对各光通道完成扫描，具体为：采用传输时延法对同一行的光通道进行水平方向扫描；采用色散时延法对同一列的光通道进行垂直方向扫描。6.根据权利要求4所述的雷达的波束接收方法，其特征在于，波束水平扫描位数和波束垂直扫描位数的计算公式具体为：
其中，W
水平
为波束水平扫描位数，W
垂直
为波束垂直扫描位数，ceil表示向上取整函数，θ
水平
为波束扫描最大水平角度，θ
垂直
为波束扫描最大垂直角度，Δθ
水平
为波束扫描...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵光灏，张国强，谈宇奇，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第十四研究所，
类型：发明
国别省市：