一种基于光学移频环路的实时射频相关器及其实现方法技术

本发明专利技术属于光电技术领域，涉及基于光学移频环路的实时射频相关器及其实现方法。本发明专利技术利用移频环结构实现光学宽带射频相关器，基于光学移频环路进行对线性调频信号的分数阶离散傅里叶变换，能够产生连续可调谐的等效群速度色散，实现对线性调频信号的脉冲压缩，并能在模拟域内实时对线性调频信号的高速实时啁啾率测量。

【技术实现步骤摘要】
一种基于光学移频环路的实时射频相关器及其实现方法
本专利技术属于光电
，具体涉及一种基于光学移频环路的实时射频相关器及其实现方法。
技术介绍
微波信号的测量及分析在军用、民用领域中有着重要战略地位和重大需求，并随着通信、雷达、电子对抗中工作频率的不断攀升而面临着前所未有的挑战。近年来以微波光子学为基础的光子型微波信号测量技术应运而生，因其在瞬时带宽、抗电磁干扰方面有着显著优势，得到了长足发展，并具有重要的理论意义和实用价值。微波信号识别是电子战中的一项关键技术，在传统的基于电子技术的微波测量中，由于电子瓶颈的存在，工作带宽有限，在较大的频率范围内响应速度普遍较慢。为了解决这一问题，近年来人们提出了各种光子辅助微波测量方法。基于频率-功率映射、频率-时间映射和光辅助信道化等方式都可以实现大范围的快速光子辅助微波信号测量。然而，在啁啾率测量方面，精度普遍较低，工作带宽较小，这是由于滤波器的粗分辨率造成的。此外，对于模拟射频信号处理和滤波方面，实时傅里叶变换(RealTimeFourierTransform，RTFT)是一种十分重要的手段，但是当需要分析频谱与时间有关的信号时，它的用途却有限，特别是对于啁啾射频波形。相反,分数阶傅里叶变换(FractionalFourierTransform，FrFT)能够将信号分解为一组线性啁啾函数的连续基，提供了傅里叶变换的一个泛化形式，成为了一种用于分析具有时变频谱的信号过程的有价值的工具。在这一方面，近年来国内外也有一些相关的研究。早期的FrFT是通过空间光学实现的，利用菲涅耳衍射和夫琅禾费衍射分别实现FT和FrFT。在这些方案中，可以通过改变传播距离来简单地调整FrFT的阶数。然而，其庞大的架构限制了应用。此外，基于时空对偶二元性，FrFT还可以应用在时间域,利用大群速度色散的光纤或采用啁啾光纤布拉格光栅作为介质的线性传播实现时间衍射,和通过可变时间透镜实现了相位调制来调控FrFT的阶数。这些方案的主要缺点是在时间透镜的时间孔径较窄(一般在1ns以下)，频率分辨率有限(一般在1GHz以上),这并不有利于实现对长时间信号的高分辨率处理分析。综上所述，现有的分数阶傅里叶变换方案无法同时实现高精度、宽带和阶数可调谐的功能，而基于移频环结构实现离散的分数阶傅里叶变换达到对线性调频信号啁啾率测量的方案，通过在频域和时域同时移位的一系列信号副本的重叠实现了一个巨大的等效色散，通过改变环路的频移可以简单地调整频响的阶数。具有测量频率分辨率较高，啁啾率测量精度较高，工作带宽较大等众多优势，可以实现长时间微波信号的实时啁啾率测量，这也是本专利技术要解决的关键问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种新的基于光学移频环路的实时射频相关器及其实现方法，该方法中，光学移频环路一般由四部分组成：光耦合器、声光移频器、光放大器和光可调滤波器。光信号在环内往返一圈的时间为τc，声光移频器每次移频量为fs，光放大器增益被插入到回路中，以补偿环内损耗并增加光子寿命，而光耦合器可以输入光信号到环路中并提取环内光场的一部分输出，光学移频环路的本质可等效为(离散)群速度色散，实现沿时域和频域同时移位的多个信号副本的叠加的功能，且阶数由移频量fs自由调谐，从而在模拟域内实现对线性调频信号的高精度实时分数阶傅里叶变换。为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种基于光学移频环路的实时射频相关器，其特征在于，包括窄线宽激光器、电光调制器、光学移频环路、光电探测器和实时示波器，所述窄线宽激光器与所述电光调制器连接，所述电光调制器的输出端与光耦合器输入端a连接；所述光学移频环路，其特征在于，包括光耦合器、环内偏振控制器、声光移频器、光放大器、光滤波器。所述光学移频环路中，所述光耦合器由a端口向移频环路注入信号光，光耦合器c端口与环内偏振控制器输入端连接，环内偏振控制器输出端与声光移频器输入端连接，声光移频器输出端与光放大器输入端连接，光放大器输出端与光滤波器输入端连接，光滤波器输出端与光耦合器b输入端连接。所述光耦合器由d端口提取环内信号，并与光电探测器输入端连接，所述光电探测器输出端与实时示波器输入端连接。一种基于光学移频环路的实时射频相关器的实现方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：通过电光强度调制器将待处理的线性调频信号调制到光载波的包络上，并通过调节加载在调制器上的电压控制偏置点，使入环光功率较小。S2:待处理信号依次经过光学移频环路、光电探测器、实时示波器，在调试完成后，在实时示波器时域上可以获得脉冲压缩效果及啁啾率测试结果。S3:对啁啾率测试结果进行算法分析重构，可获得最终的输入信号的啁啾率参数分析结果。进一步的，步骤S2包括以下子步骤：S201：所述光学移频环路自身具有的自由光谱范围为由光学移频环路环长τc决定，环路移频量fs由加载在声光移频器上的微波频率决定，通过调节合适的移频量fs完成分数阶傅里叶变换。S202:所述光放大器需要合理设置以补偿环内功率衰减损耗，所述光滤波器需要合理设置以控制环路有效循环次数并滤除带外噪声。S203:所述光学移频环路的分数阶傅里叶变换输出结果经过光电探测器和实时示波器后，在时域上获得脉冲压缩结果，对应脉冲串时域间隔为Δt。进一步的，在步骤S3中，算法分析的方法为：调节环内参数达到分数阶傅里叶变换时，对线性调频信号起到脉冲压缩效果，实时示波器上为峰值功率最高且脉宽最短的一系列脉冲串信号，此时脉冲时域间隔为Δt，此时对应重复频率恰好为待测信号啁啾率a与移频量fs之间的关系为本专利技术的有益技术效果是：采用光学移频环路结构，实现对线性调频信号的高精度实时分数阶傅里叶变换、实现啁啾率测量的宽带且阶数可调谐功能的射频相关器。附图说明图1为本专利技术的一种基于光学移频环路的实时射频相关器框架结构示意图。图2为本专利技术的实施例1的结构示意图；其中，窄线宽激光器1、电光调制器2、光学移频环路包括：2×2光耦合器3、环内偏振控制器4、声光移频器5、光放大器6、光滤波器7，以及光电探测器8、实时示波器9。图3为本专利技术的实施例中实验中输入四种不同啁啾率的线性调频信号时示波器通道输出的信号时域图。其中，图3-1中线性调频信号啁啾率为a1＝9.91MHz/μs，对应重复频率为17fc；图3-2中线性调频信号啁啾率为a2＝33.45MHz/μs，对应重复频率为16fc；图3-3中线性调频信号啁啾率为a3＝56.99MHz/μs，对应重复频率为15fc；图3-4中线性调频信号啁啾率为a4＝-9.91MHz/μs，对应重复频率为17fc。图3-5为脉冲压缩实现时的单个脉冲的细节图，脉冲半高宽度约为300ps。图4为本专利技术的实施例中仿真中针对实验条件下啁啾率无法产生却在测量范围内的四种线性调频信号输入时示波器通道输出的信号时域图。其中，图4-1中线性调频信号啁啾率为a5＝290.729MHz/μs，对应重复频率为5fc；图4-2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于光学移频环路的实时射频相关器，其特征在于，包括窄线宽激光器、电光调制器、光学移频环路、光电探测器和实时示波器，所述窄线宽激光器与所述电光调制器连接，所述电光调制器的输出端与光耦合器输入端a连接；/n

【技术特征摘要】
1.一种基于光学移频环路的实时射频相关器，其特征在于，包括窄线宽激光器、电光调制器、光学移频环路、光电探测器和实时示波器，所述窄线宽激光器与所述电光调制器连接，所述电光调制器的输出端与光耦合器输入端a连接；


2.根据权利要求1所述光学移频环路，其特征在于，包括光耦合器、环内偏振控制器、声光移频器、光放大器、光滤波器。
所述光学移频环路中，所述光耦合器由a端口向移频环路注入信号光，光耦合器c端口与环内偏振控制器输入端连接，环内偏振控制器输出端与声光移频器输入端连接，声光移频器输出端与光放大器输入端连接，光放大器输出端与光滤波器输入端连接，光滤波器输出端与光耦合器b输入端连接。
所述光耦合器由d端口提取环内信号，并与光电探测器输入端连接，所述光电探测器输出端与实时示波器输入端连接。


3.一种基于光学移频环路的实时射频相关器的实现方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：通过电光强度调制器将待处理的线性调频信号调制到光载波的包络上，并通过调节加载在调制器上的电压控制偏置点，使入环光功率较小。
S2:待处理信号依次经过光学移频环路、光电探测器、实时示波器，在调试完成后，在实时示波器时域上可以获得脉冲压...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘永，李坤，吕伟强，张旨遥，袁飞，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51