一种基于受激布里渊散射效应的光子辅助微波信号时频分析装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于受激布里渊散射效应的光子辅助微波信号时频分析装置及方法，其装置包括连续波激光器、第一、第二光隔离器、光耦合器、电耦合器、90

【技术实现步骤摘要】
一种基于受激布里渊散射效应的光子辅助微波信号时频分析装置及方法
[0001]

[0002]本专利技术属于微波信号测量
，具体涉及一种基于受激布里渊散射效应的光子辅助微波信号时频分析装置及方法。

技术介绍

[0003]微波参数测量被广泛应用于通信、雷达、射电天文等领域，微波参数测量系统的性能往往会影响整个射频微波系统的性能。对未知微波信号进行时频分布测量属于微波参数测量的一种。信号的时频分布能提供很多信息，包括：1、待测信号在整个射频频谱中的位置与所占用频谱资源；2、待测信号与干扰信号或其他非期望信号的识别；3、待测信号的动态变化，对待测信号时频信息实时监控等。因此准确实时地获取未知信号的时频分布具有重要的现实意义且被积极地研究。
[0004]常用的时频分析方法包括短时傅里叶变换、小波变换、维格纳分布等，其中短时傅里叶变换和小波变换属于线性时频分析方法，维格纳分布属于非线性方法（Proc. IEEE, 77(7): 941
‑
981, 1989）。虽然这些方法已经被广泛应用，但是在电域实现以上方法需要先利用模数转换器对信号进行采样。高精度、高采样速率的模数转换器制造难度大，往往限制了时频分析的带宽与速度。此外，在采样后要进行数字信号处理，因此这些方法在跟踪超过几微秒的频谱变化方面效率低下，而且在测量带宽超过GHz范围的信号时面临挑战（IEEE J. Select. Areas Commun., 17(4): 539
‑
550, 1999）。压缩感知技术可在欠采样的情况下实现信号重建，减少数据传输量，能用于提高时频分析的带宽，但复杂的算法也限制了时频分析的实时性（IEEE Trans.Signal Processing, 59(9): 4053
‑
4085, 2011）。所以，需要探索不同于传统电域的时频分析手段来对微波信号进行测量。
[0005]全光短时傅里叶变换提供了几乎实时捕获和识别快速稀有或瞬态事件的光谱成分的可能性，使人们能够观察到非平稳信号的时频演化，但目前对全光短时傅里叶变换的研究还很少。早期的全光时频分析方案中，将待测的微波信号调制在一系列啁啾光脉冲上，通过级联线性啁啾光纤布拉格光栅阵列作为一个带通滤波器来提取特定的频率，并提供色散来分离时域中的不同频率（IEEE Photon. Technol. Lett., 23(20): 1439
‑
1441, 2011）。目前，有学者提出了一种结构简单的动态波形时频分析方案，将被测信号调制在光脉冲上，然后再加载到长度约为50千米的色散补偿光纤上。不同频率的光脉冲在色散补偿光纤中传输后在时域上被分离，实验证明其频率分辨率在340MHz左右（Nat. Commun., 11(1): 2020, Art. no. 3309.）。在此基础上，有学者采用了带宽放大的电光转换，大大降低了对高频分辨率全光短时傅里叶变换的色散要求，也大大降低了传输延迟，用于时频分析的频率分辨率可达60MHz（J. Lightw. Technol., 39(6): 1051
‑
1053, 2021）。上述进行时频分析的方案满足了实时性要求，但频率分辨率难以达到更高的水平，因此，如何对微波信
号进行大带宽高分辨率的时频分析是一项极具现实意义与应用价值的问题。

技术实现思路

[0006]为了解决
技术介绍
中所存在的技术问题，本专利技术提出了一种基于受激布里渊散射效应的光子辅助微波信号时频分析的装置及方法。通过设置合理的边带调制方式、受激布里渊增益谱的频率位置和步进频信号的参数，可以在无需高速模数转换器的情况下，对微波信号进行大带宽、高分辨率的时频分析。本专利技术在降低整个系统成本的同时，增加了系统的可调谐性和可行性，具有重要的现实意义和应用价值。
[0007]本专利技术为解决其技术问题采用如下方案：一种基于受激布里渊散射效应的光子辅助微波信号时频分析装置，特点是该装置包括连续波激光器、第一光隔离器、光耦合器、第一双平行马赫曾德尔调制器、第一任意波形发生器、第一掺铒光纤放大器、马赫曾德尔调制器、电耦合器、第一射频信号源、第二任意波形发生器、第二光隔离器、单模光纤、第二双平行马赫曾德尔调制器、第二射频信号源、90
°
电混合器、第二掺铒光纤放大器、光环形器及光电探测器；所述连续波激光器的输出端口与第一光隔离器的输入端口相连，所述第一光隔离器的输出端口与光耦合器的输入端口相连，所述光耦合器的输出端口分别与第一、第二双平行马赫曾德尔调制器的光学输入端口相连；所述第一双平行马赫曾德尔调制器的射频输入端口与第一任意波形发生器的输出端口相连，所述第一双平行马赫曾德尔调制器的光学输出端口与第一掺铒光纤放大器的输入端口相连，所述第一掺铒光纤放大器的输出端口与马赫曾德尔调制器的光学输入端口相连，所述马赫曾德尔调制器的射频输入端口与电耦合器的输出端口相连，所述电耦合器的输入端口分别与第二任意波形发生器和第一射频信号源的输出端口相连，所述马赫曾德尔调制器的光学输出端口与第二光隔离器的输入端口相连，所述第二光隔离器的输出端口与单模光纤的一端相连，所述单模光纤的另一端与光环形器的端口Ⅱ相连；所述第二双平行马赫曾德尔调制器的射频输入端口与90
°
电混合器的输出端口相连，所述90
°
电混合器的输入端口与第一射频信号源的输出端口相连，所述第二双平行马赫曾德尔调制器的光学输出端口与第二掺铒光纤放大器的输入端口相连，所述第二掺铒光纤放大器的输出端口与光环形器的端口Ⅰ相连；所述光环形器的端口Ⅲ与光电探测器的光学输入端口相连；通过对光电探测器输出的波形进行分割处理即可得到待测信号的时频特征图。
[0008]所述装置中，加载到第一双平行马赫曾德尔调制器的步进频信号的步进周期为待测信号周期的整数倍，通过控制第一任意波形发生器产生的步进频信号的参数即步进频率间隔和步进次数，来控制时频分析的频率分辨率和分析带宽，不同步进周期提取的信号频率分量由该周期的步进频信号的频率与受激布里渊增益谱中心频率的差值决定。
[0009]所述装置中，第二掺铒光纤放大器输出的泵浦光与马赫曾德尔调制器输出的探测光在单模光纤中相互作用而产生的受激布里渊增益谱的中心频率位置与第二双平行马赫曾德尔调制器上调制的单音信号的频率大小一一对应，调节该单音信号的频率值来控制时频分析的频段。
[0010]所述装置中，光电探测器产生的频时映射脉冲包括的信息：步进周期序列数、产生时刻及幅度；不同步进周期中产生的脉冲所表示的频率大小不同，电脉冲的产生时刻表示待测信号在该时刻具有可测得的频率分量，而电脉冲的幅度与待测信号的某时刻频率分量
的强度呈正相关的关系。
[0011]一种采用上述装置的微波信号时频分析方法，该方法包括如下步骤：1)连续波激光器输出频率为f0的线偏光，先通过第一光隔离器，然后通过光耦合器被平均分成两部分后分别注入到第一、第二双平行马赫曾德尔调制器中；2)第一任意波形发生器发出的两路正交步进频信号分本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于受激布里渊散射效应的光子辅助微波信号时频分析装置，其特征在于，该装置包括连续波激光器、第一光隔离器、光耦合器、第一双平行马赫曾德尔调制器、第一任意波形发生器、第一掺铒光纤放大器、马赫曾德尔调制器、电耦合器、第一射频信号源、第二任意波形发生器、第二光隔离器、单模光纤、第二双平行马赫曾德尔调制器、第二射频信号源、90
°
电混合器、第二掺铒光纤放大器、光环形器及光电探测器；所述连续波激光器的输出端口与第一光隔离器的输入端口相连，所述第一光隔离器的输出端口与光耦合器的输入端口相连，所述光耦合器的输出端口分别与第一、第二双平行马赫曾德尔调制器的光学输入端口相连；所述第一双平行马赫曾德尔调制器的射频输入端口与第一任意波形发生器的输出端口相连，所述第一双平行马赫曾德尔调制器的光学输出端口与第一掺铒光纤放大器的输入端口相连，所述第一掺铒光纤放大器的输出端口与马赫曾德尔调制器的光学输入端口相连，所述马赫曾德尔调制器的射频输入端口与电耦合器的输出端口相连，所述电耦合器的输入端口分别与第二任意波形发生器和第一射频信号源的输出端口相连，所述马赫曾德尔调制器的光学输出端口与第二光隔离器的输入端口相连，所述第二光隔离器的输出端口与单模光纤的一端相连，所述单模光纤的另一端与光环形器的端口Ⅱ相连；所述第二双平行马赫曾德尔调制器的射频输入端口与90
°
电混合器的输出端口相连，所述90
°
电混合器的输入端口与第一射频信号源的输出端口相连，所述第二双平行马赫曾德尔调制器的光学输出端口与第二掺铒光纤放大器的输入端口相连，所述第二掺铒光纤放大器的输出端口与光环形器的端口Ⅰ相连；所述光环形器的端口Ⅲ与光电探测器的光学输入端口相连；通过对光电探测器输出的波形进行分割处理即可得到待测信号的时频特征图。2.根据权利要求1所述的基于受激布里渊散射效应的光子辅助微波信号时频分析装置，其特征在于，加载到第一双平行马赫曾德尔调制器的步进频信号的步进周期为待测信号周期的整数倍，通过控制第一任意波形发生器产生的步进频信号的参数即步进频率间隔和步进次数，来控制时频分析的频率分辨率和分析带宽，不同步进周期提取的信号频率分量由该周期的步进频信号的频率与受激布里渊增益谱中心频率的差值决定。3.根据权利要求1所述的基于受激布里渊散射效应的光子辅助微波信号时频分析装置，其特征在于，第二掺铒光纤放...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈阳，马东，左鹏程，
申请(专利权)人：华东师范大学，
类型：发明
国别省市：