一种基于频率功率映射和信道化的瞬时多频率测量系统技术方案

一种基于频率功率映射和信道化的瞬时多频率测量系统装置，涉及微波光子学、光电子器件领域。连续波激光器的光输出端分成三路，在中间支路中，待测多频信号输入单驱动马赫曾德尔调制器进行载波抑制双边带调制，紧接着由光带通滤波器保留上边带。在下支路，由一个相位调制器在大信号调制的条件下，通过本振信号源生成非平坦衰落的光频梳，并与中间支路保留的上边带信号进行合束，并送往低速光电探测器进行拍频，由此高频信号被映射到低频段，而子信道是通过拍频信号的功率比来区分，并最终得到测量频率。上支路的相位调制器以及合束部分原理与下支路相同，用来处理频率模糊问题，原理其区别仅本振信号源的调制带宽。其区别仅本振信号源的调制带宽。其区别仅本振信号源的调制带宽。

【技术实现步骤摘要】
一种基于频率功率映射和信道化的瞬时多频率测量系统


[0001]本专利技术涉及微波光子学、光电子器件领域，具体地讲是一种频率功率映射和信道化的瞬时多频率测量系统。

技术介绍

[0002]微波信号的瞬时频率测量(Instantaneousfrequencymeasurement,IFM)是电子测量技术的一个重要方面，所涉及的被测信号往往是一系列周期性窄持续时间的微波脉冲，每个脉冲的载频都有可能在迅速变化，在这种情况下，并不能对被测信号进行多次累积测量，因此只能在脉冲持续的短周期内进行快速频率测量，采用瞬时测频技术能够在射频信号被截获的瞬间获取其辐射相关信息。传统电子技术在系统带宽、处理速度、体积功耗等方面的局限性阻碍了瞬时测频技术的进一步发展；而利用在借助光通信领域发展而日渐成熟的微波光子技术，可以突破上述瓶颈。研究光学辅助下微波信号高精度瞬时测频理论与方法对于推动微波光子雷达、高分辨率信号探测和军事电子对抗技术发展有着重要的理论意义和现实意义。
[0003]目前基于光子技术实现的频率测量系统按实现方式可主要分为频率
‑
时间映射、频率
‑
空间映射和频率
‑
功率映射三类。其中，频率
‑
功率映射法其本质是建立幅度比较函数(ACF)，从而建立未知频率信息与电光信号的功率函数关系。经研究该方法易于实现结构紧凑的IFM系统。2019年，ChengwuYang等人利用一个相位调制器和一个强度调制器结合色散光纤提出了一个可级联的IFM系统("Photonic
‑
AssistedInstantaneousFrequencyMeasurementSystemBasedonaScalableStructure,"IEEEPhotonicsJournal,vol.11,pp.5501411
‑
1439,2019)，通过多级级联可以降低大带宽下的误差。2020年，本研究所的J.L等人提出了一种基于双偏振强度调制器的光功率检测IFM方案("MeasurementofInstantaneousMicrowaveFrequencybyOpticalPowerMonitoringBasedonPolarizationInterference,"JournalofLightwaveTechnology,vol.38,pp.2285
‑
2291,2020.)，实现了频率范围和精度可调的IFM方案。但是频率功率映射方法下的IFM系统，其测量范围和精度受ACF影响而相互制约。除此之外，目前基于频率
‑
功率映射方法的IFM系统多不能实现多频率得测量。频率
‑
空间映射法，又称为信道化法，其本质是将不同频段的信号进行空间上的分离再映射到低频获取其频率信息。2022年，YuxinLiu等人提出了一种基于光学频率梳(OFC)的多频率测量系统(“Frequencymeasurementofmicrowavesignalsinawidefrequencyrangebasedonanopticalfrequencycombandchannelizationmethod,”AppliedOptics,vol.61,no.13,pp.3663
–
3670,2022.)。调制信号与光频梳混频后经过波分复用器，在划分为各个子信道后进行拍频处理。该系统可以实现超高频段的高精度测量，但信道化后需要大量滤波器以及探测器，使得系统具有较大的复杂度。

技术实现思路

[0004]本专利技术提出了一种基于频率功率映射和信道化的瞬时多频率测量系统。在本方案中，多频信号输入单驱动马赫曾德尔调制器中进行载波抑制调制，然后由光带通滤波器滤出其上边带，紧接着该上边带信号与相位调制器产生的非平坦OFC在一个响应带宽为OFC输齿间隔的光电探测器处进行拍频。OFC的梳齿间隔由本振信号的频率所决定，在大信号调制下，相位调制器可以产生四个所需的通道，该系统的测频范围即为通道数倍的梳齿间隔。系统从高频到低频映射后得到的两个功率不一的拍频信号，其功率比决定在处于哪个信道之中。最终信号的测量频率为所处信道的起始频率加上其中一个功率较大的拍频频率。但在某些频点下，单相位调制器系统存在着频率模糊，因此采用另外一个有着不同调制带宽的相位调制器可以解决这个问题。本专利技术：1不同于传统的频率
‑
功率映射法，不受测频范围和测频精度的制约，通过调节本振的频率可以调整系统的测频范围，而精度不会随着测频范围的提高而降低；2系统子信道的划分是通过最终拍频信号的功率比来判定,而非传统利用波分复用器等器件物理划分信道，从而降低了系统的复杂度，提升了系统的灵活性；3系统可以解决同时测多频的问题，更贴近实际应用；4且该系统具有良好的鲁棒性，不受单驱动马赫曾德尔调制器的偏置电压漂移的影响。本专利技术可应用于微波检测领域，对实现简单化大带宽高精度的瞬时频率测量具有重要的参考价值。
[0005]本专利技术的技术方案：
[0006]一种基于频率功率映射和信道化的瞬时多频率测量系统，其特征在于：该测量系统包括，连续波激光器、第一光耦合器、单驱动马赫曾德尔调制器、第一相位调制器、第二相位调制器、第一射频信号源、第二射频信号源、第三射频信号源、光带通滤波器、第一偏振控制器、第二偏振控制器、第三偏振控制器、第二光耦合器、第三光耦合器、第一光电探测器、第二光电探测器、第一电信号处理模块、第二电信号处理模块；具体连接方式为：
[0007]连续波激光器的光输出端接第一光耦合器的光输入端，第一光耦合器的光输出端分别接单驱动马赫曾德尔调制器、第一相位调制器和第二相位调制器的光输入端，第一射频信号源的输出端接单驱动马赫曾德尔调制器的射频输入端，第二射频信号源的输出端接第一相位调制器的射频输入端，第三射频信号源的输出端接第二相位调制器的射频输入端，单驱动马赫曾德尔调制器的光输出端接光带通滤波器的光输入端，光带通滤波器的光输出端接第一偏振控制器，第一相位调制器的光输出端接第二偏振控制器的光输入端，第二相位调制器的光输出端接第三偏振控制器的光输入端，第一偏振控制器和第二偏振控制器的光输出端接第二光耦合器的光输入端，第二光耦合器的光输出端接第一光电探测器的光输入端，第一光电探测器的电输出端接第一电信号处理模块的电输入端，第一偏振控制器和第三偏振控制器的光输出端接第三光耦合器的光输入端，第三光耦合器的光输出端接第二光电探测器的光输入端，第二光电探测器的电输出端接第二电信号处理模块的电输入端。
[0008]单驱动马赫曾德尔调制器工作于最小传输点以实现载波抑制调制。
[0009]第二射频信号源以及第三射频信号源的射频信号输出应功率相等且处于大信号调制下，使得第一相位调制器和第二相位调制器的调制系数均应满足 m＝1.4。
[0010]第二射频信号源以及第三射频信号源的输出射频频率应满足以下条件： f
L'
＝9GHz,f
L
＝10GHz。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于频率功率映射和信道化的瞬时多频率测量系统，其特征在于：该测量系统包括，连续波激光器(1)、第一光耦合器(2)、单驱动马赫曾德尔调制器(3)、第一相位调制器(4)、第二相位调制器(5)、第一射频信号源(6)、第二射频信号源(7)、第三射频信号源(8)、光带通滤波器(9)、第一偏振控制器(10)、第二偏振控制器(11)、第三偏振控制器(12)、第二光耦合器(13)、第三光耦合器(14)、第一光电探测器(15)、第二光电探测器(16)、第一电信号处理模块(17)、第二电信号处理模块(18)；具体连接方式为：连续波激光器(1)的光输出端接第一光耦合器(2)的光输入端，第一光耦合器(2)的光输出端分别接单驱动马赫曾德尔调制器(3)、第一相位调制器(4)和第二相位调制器(5)的光输入端，第一射频信号源(6)的输出端接单驱动马赫曾德尔调制器(3)的射频输入端，第二射频信号源(7)的输出端接第一相位调制器(4)的射频输入端，第三射频信号源(8)的输出端接第二相位调制器(5)的射频输入端，单驱动马赫曾德尔调制器(3)的光输出端接光带通滤波器(9)的光输入端，光带通滤波器(9)的光输出端接第一偏振控制器(10)，第一相位调制器(4)的光输出端接第二偏振控制器(11)的光输入端，第二相位调制器(5)的光输出端接第三偏振控制器(12)的光输入端，第一偏振控制器(10)和第二偏振控制器(11)的光输出端接第二光耦合器(13)的光输入端，第二光耦合器(13)的光输出端接第一光电探测器(15)的光输入端，第一光电探测器(15)...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱伟，李晶，燕苗霞，宁提纲，裴丽，郑晶晶，王建帅，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：