一种宽带微波与毫米波多普勒效应的光子学仿真方法技术

本发明专利技术公开了一种宽带微波与毫米波多普勒效应的光子学仿真方法，具体为：将宽带微波或毫米波加载到频率啁啾连续激光信号上，进而采用光学色散元件对生成的微波光子信号实施带宽拉伸和压缩处理，然后通过光电探测器恢复出宽带微波或毫米波信号；该恢复的宽带微波或毫米波信号同时包含运动速度和运动加速度对应的频段偏移和带宽伸缩，而不是简单的整体频移，实现高速运动下真实多普勒效应的精准仿真和模拟。本发明专利技术实现了高速运动场景下宽带微波和毫米波信号的多普勒效应全面、精准仿真和模拟，对于新一代移动通信、雷达、电子战领域具有重要意义。重要意义。重要意义。

【技术实现步骤摘要】
一种宽带微波与毫米波多普勒效应的光子学仿真方法


[0001]本专利技术属于微波/毫米波
，涉及微波光子学、多普勒效应(Doppler effect)、模拟仿真、轨道交通、国防科技等领域，尤其涉及一种宽带微波与毫米波多普勒效应的光子学仿真方法。

技术介绍

[0002]当前，一方面通信、雷达、电子战中采用的频段越来越高，跨域微波、毫米波、太赫兹频段等；另一方面轨道交通、空天地网络、飞行器与武器等应用中高速运动广泛存在，相对速度越来越高。这两方面将导致宽带微波、毫米波、太赫兹波的多普勒效应(与频段、相对速度成正比)越来越剧烈。为此，宽带微波、毫米波、太赫兹波多普勒效应的仿真模拟、补偿等挑战越来越大。
[0003]受限于电子瓶颈和电子数模转换器等，传统的纯电域技术(如DRFM，数字射频存储技术等)在仿真模拟宽带微波、毫米波、太赫兹波的多普勒效应时显得力不从心。随着信号带宽增加，往往需要采用大量并行信道化处理实现宽带覆盖，例如“基于数字合成的多普勒模拟器实现，现代雷达，47
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49，2005”；这导致硬件资源复杂、时间延迟大、成本高、且难以为继等弊端。
[0004]近年来，采用光子学技术仿真模拟微波、毫米波、太赫兹波多普勒效应有效解决了高频、宽带问题，例如“A simple and all
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optical microwave Doppler frequency shift and phase measurement system based on Sagnac loop and I/Q detection.IEEE Transactions on Instrumentation&Measurement,Article:5500809,2021.”、“Photonic approach to wide
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frequency
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range high
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resolution microwave/millimeter
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wave Doppler frequency shift estimation,IEEE Transactions on Microwave and Techniques,1421
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1429,2015.”、“Wideband Doppler frequency shift measurement and direction ambiguity resolution using optical frequency shift and optical heterodyning,Optics Letters,2321
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2324,2015”。但是，这些光子学方面目前存在明显不足：它们模拟仿真的多普勒效应仅仅反映了宽带微波或毫米波(微波/毫米波)信号的整体频移(与宽带内各子频率值无关的恒定频移量，带宽不变)，而不是实际场景对应的包含带宽伸缩的频移(与宽带内各子频率值相关的不同频移量，带宽拉伸或压缩变换)；前者仿真模拟的可以称之为“伪”多普勒效应，后者你工作模拟的可以称之为“真”多普勒效应。在考虑单频或窄带微波/毫米波信号时，模拟仿真的“伪”多普勒效应与“真”多普勒效应差别不大；但在面对宽带、超宽带微波/毫米波信号时，模拟仿真的“伪”多普勒效应与“真”多普勒效应相差甚远，难以精确描述信号的时域、频域、空域等传播和演化特征。

技术实现思路

[0005]为了实现宽带微波、毫米波、太赫兹波信号的多普勒效应(“真”多普勒效应)模拟仿真，本专利技术提供一种宽带微波与毫米波多普勒效应的光子学仿真方法。
[0006]本专利技术的一种宽带微波与毫米波多普勒效应的光子学仿真方法，将待处理的宽带微波或毫米波加载到频率啁啾连续激光信号上，生成微波光子信号；采用光学色散元件对微波光子信号实施带宽拉伸和压缩处理；将光学色散元件处理的微波光子信号通过光电探测器转换，恢复出宽带微波或毫米波信号，同时包含高速运动导致的带宽伸缩和频移，实施高速运动下多普勒效应的精准仿真和模拟。
[0007]频率啁啾连续激光信号：
[0008]设计二次函数或三次函数电信号，施加到相位调制器中对单频连续激信号进行相位调制，生产频率啁啾激光信号；采用二次函数电信号时，二次函数的一阶导数与高速运动的速度相关联；采用三次函数电信号时，三次函数的一阶导数与高速运动的速度相关联，三次函数的二阶导数与高速运动的加速度相关联；一阶导数的正负决定运动方向的正负，二阶导数的正负决定加速度的正负。
[0009]带宽拉伸和压缩处理：
[0010]微波光子信号输入到光学色散元件中，光学色散元件工作在正常色散区或反常色散区；当施加的二次函数或三次函数电信号的一阶导数为正时，正常色散导致微波光子信号时域包络拉伸，负色散导致微波光子信号时域包络压缩；当施加的二次函数或三次函数电信号的一阶导数为负时，正色散导致微波光子信号时域包络压缩，负色散导致微波光子信号时域包络拉伸；基于傅里叶变换的性质，微波光子信号时域包络的拉伸或压缩分别对应微波光子信号频域的带宽压缩或拉伸，进而通过光电探测器转移到恢复出宽带微波或毫米波带宽的压缩或拉伸，实施高速运动下运动速度和运动加速度对应的多普勒效应的仿真和模拟。
[0011]在宽带微波与毫米波多普勒效应的光子学仿真方法中，用于生成频率啁啾激光信号的二次函数电信号的一阶导数、三次函数电信号的一阶导数及二阶导数可以随时间变化连续、灵活调整，实现对不同运动速度和不同加速度对应的多普勒效应的仿真和模拟，以及多普勒效应仿真和模拟的动态调谐；进而，实现对运动物体的时变运动速度和时变加速度对应的多普勒效应的精准连续仿真和模拟。
[0012]本专利技术的有益技术效果为：
[0013]本专利技术基于光子学的“真”多普效应仿真方法与模拟装置，能够针对宽带微波和毫米波信号精准描述高速运动场景下运动速度和运动加速度的变化情况，同时提供真实多普勒效应的带宽伸缩和频率偏移功能，对应高速运动场景的通信、雷达、电子对抗环境下的仿真、模拟、测试等具有重要意义。
附图说明
[0014]图1本专利技术方法实现的系统框图。
[0015]图2真实多普勒效应仿真模拟实现带宽压缩的示意图(包括带宽伸缩和频率偏移)。
[0016]图3真实多普勒效应仿真模拟实现带宽拉伸的示意图(包括带宽伸缩和频率偏移)。
[0017]图4运动物体的运动轨迹为三次函数时，运动速度和运动加速度动态与连续仿真模拟示意图，对应多普勒效应的精准仿真和模拟。
[0018]图5运动物体的运动轨迹为复杂函数时，运动速度和运动加速度动态与连续仿真模拟示意图，对应多普勒效应的精准仿真和模拟。
具体实施方式
[0019]下面结合附图和具体实施方法对本专利技术做进一步详细说明。
[0020]本专利技术的一种宽带微波与毫米波多普勒效应的光子学仿真方法如图1所示，任意波形发生模块10生成设计的二次函数、三次本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种宽带微波与毫米波多普勒效应的光子学仿真方法，其特征在于，将待处理的宽带微波或毫米波加载到频率啁啾连续激光信号上，生成微波光子信号；采用光学色散元件对微波光子信号实施带宽拉伸和压缩处理；将光学色散元件处理的微波光子信号通过光电探测器转换，恢复出宽带微波或毫米波信号，同时包含高速运动导致的带宽伸缩和整体频移，实施高速运动下多普勒效应的精准仿真和模拟；所述频率啁啾连续激光信号：设计二次函数或三次函数电信号，施加到相位调制器中对单频连续激信号进行相位调制，生产频率啁啾激光信号；采用二次函数电信号时，二次函数的一阶导数与高速运动的速度相关联；采用三次函数电信号时，三次函数的一阶导数与高速运动的速度相关联，三次函数的二阶导数与高速运动的加速度相关联；一阶导数的正负决定运动方向的正负，二阶导数的正负决定加速度的正负；所述带宽拉伸和压缩处理为：微波光子信号输入到光学色散元件中，光学色散元件工作在正常...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹喜华，严相雷，叶佳，李沛轩，白文林，潘炜，闫连山，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：