一种基于微波光子技术的频谱实时监测装置及监测方法制造方法及图纸

一种基于微波光子技术的频谱实时监测装置，包括激光源、双偏振正交相移键控调制器、电移相器、光带通滤波器，偏振控制器，平衡探测器，电带通滤波器，检波器，信号采集与处理单元。该装置相应监测方法：将待测信号和参考信号调制到同一偏振态的光载波上，将线性调频信号调制到另一偏振态的光载波上；经过光带通滤波器，调制光信号仅保留光载波一侧的待测信号与参考信号的1阶边带以及本振线性调频信号的4阶边带；平衡探测器对调制光信号进行光电探测，所得电信号经窄带滤波；检波器提取滤波后信号包络；信号采集与处理单元由包络获取待测信号频谱信息。本发明专利技术工作频率高，测频范围广，无需时间同步操作，且能避免待测信号对测频结果的干扰。果的干扰。果的干扰。

【技术实现步骤摘要】
一种基于微波光子技术的频谱实时监测装置及监测方法


[0001]本专利技术属于微波光子学、微波信号处理
，具体为一种基于微波光子技术的频谱实时监测装置及监测方法。

技术介绍

[0002]频谱监测作为表征电磁活动和检测潜在威胁的首要步骤，在许多电子战场景中扮演着重要角色。随着现代军事需求和科学技术的发展，频谱监测迫切需要向高频、宽带、快速响应发展。
[0003]利用传统电子技术实现频谱监测主要有两种方法：基于扫描调谐的超外差频谱监测技术和基于快速傅里叶变换(FFT)的频谱监测技术。第一种技术的测频频率和测频范围受到电混频器的限制，而且扫描完整个测频范围的周期时间较长；第二种技术虽然不涉及扫描调谐，但是频谱监测的时间取决于计算能力，此外，测频频率和测频范围受到模数转换器的限制。
[0004]与传统电子技术相比，微波光子技术具有高频、宽带、低传输损耗、抗电磁干扰等优势。近年来，研究人员基于微波光子技术的频谱监测进行了广泛研究，目前提出的方案可以大体分为三大类：一是频空映射法测频，通过构建多个光学信道实现待测信号频率与信道输出之间的映射。这种方法能够提供实时的、大带宽的测频，但结构复杂，分辨率低；二是频功映射法测频，通过构建特殊的系统传输函数，将待测信号频率映射为系统的输出功率。这种方法往往只能测量单频微波信号，且测量范围和测频分辨率之间存在此消彼长的矛盾关系；三是频时映射法测频，通过扫描激光源频率、扫描光学边带、扫描滤波器通带等手段构建待测信号频率与系统的电脉冲输出时间的映射关系。这种方法测频精度高，但是扫描源和输出电脉冲之间需要时间同步，且待测信号自身的拍频信号极易给频率估计带来干扰。

技术实现思路

[0005]为克服上述现有技术的不足，本专利技术提供一种基于微波光子技术的频谱实时监测装置，包括激光源1、双偏振正交相移键控调制器2、电移相器3、光带通滤波器7，偏振控制器8，平衡探测器9，电带通滤波器10，检波器11，信号采集与处理单元12；从输入到输出，激光源1、双偏振正交相移键控调制器2、光带通滤波器7、偏振控制器8、平衡探测器9、电带通滤波器10、检波器11、信号采集与处理单元12依次相连；其中
[0006]双偏振正交相移键控调制器2内部包含有4个子马赫曾德尔调制器，一个90
°
偏振旋转器和一个偏振合束器；4个子马赫曾德尔调制器分别为第一MZM1、第二MZM2、第三MZM3、第四MZM4；第一MZM1和第二MZM2构成第一主MZM1，并分别在主MZM1的两个臂上，MZM3和MZM4构成第二主MZM2，并分别在第二主MZM2的两个臂上。
[0007]还提供一种基于微波光子技术的频谱实时监测方法，其基于上述基于微波光子技术的频谱实时监测装置，具体如下：
[0008]待测信号5和参考信号6分别用于驱动第一MZM1和第二MZM2，线性调频信号4分成两路，一路经过电移相器3移相后驱动第三MZM3，另一路直接驱动第四MZM4；
[0009]公式(1
‑
4)分别表示激光源1输出的线偏振光、线性调频信号4、待测信号5和参考信号6的表达式：
[0010][0011]V
LFM
(t)＝A sin(2πf
L
t+πkt2)，0≤t＜T0ꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0012]V
s
(t)＝sin(2πf
s
t)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0013]V
r
(t)＝sin(2πf
r
t)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0014]其中，E(t)、V
LFM
(t)、V
s
(t)、V
r
(t)分别表示线偏振光、线性调频信号4、待测信号5和参考信号6；f
c
表示线偏振光的频率；A、f
L
、k、T0分别为线性调频信号4的幅度、载频、啁啾率和周期；f
s
和f
r
分别为待测信号5和参考信号6的载频；将第一MZM1和第二MZM2都偏置在最小偏置点，第三MZM3和第四MZM4都偏置在最大偏置点，第一主MZM1和第二主MZM2都不加偏置，电移相器3调节到90
°
，则双偏振正交相移键控调制器2的输出信号表示为：
[0015][0016]其中，和分别表示线偏振光沿x轴和y轴偏振方向上的单位向量，J
n
()为n阶一类贝塞尔函数，m1、m2、m3分别表示待测信号5、参考信号6和线性调频信号4的调制指数；在偏振x轴向上，大于1阶的光边带的功率远比1阶光边带的功率小，因此被忽略；同样，在偏振y轴向上，大于4阶的光边带的功率远比4阶光边带的功率小，因此被忽略；调节光带通滤波器7，使得频率高于光载波的边带分量通过，而光载波以及频率低于光载波的分量被滤除，则光带通滤波器7的输出信号为：
[0017][0018]从公式(6)中看出，输出的信号中包含待测信号5的一阶光边带、参考信号6的一阶光边带和线性调频信号4的4阶光边带；此时，线性调频信号4的4阶光边带的扫频带宽为4kT0，即线性调频信号4的带宽的四倍；通过偏振控制器8调整E2(t)的偏振状态，使E2(t)两个主轴与平衡探测器9的偏振主轴之间的夹角为45
°
；则平衡探测器9的输出信号表示为：
[0019][0020]其中，A1＝J1(m1)J4(m3)，A2＝J1(m2)J4(m3)，是简化参数；假设电带通滤波器10的中心频率是f
Z
，则只有当满足下列关系式时，电带通滤波器10才会输出电脉冲：
[0021][0022]该输出电脉冲经过检波器11后的电脉冲包络表示为：
[0023][0024]其中，e(t)表示电脉冲包络，δ(t)是冲激函数表达式；
[0025]假设令|4f
L
+4kt
‑
f
s
|
‑
f
Z
＝A1的时刻为t
s
，令|4f
L
+4kt
‑
f
s
|
‑
f
Z
＝A2的时刻为t
r
，则通过公式(9)能够推出时频对应关系：
[0026]f
s
＝4k(t
s
‑
t
r
)
‑
f
r
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(10)
[0027]本专利技术工作频率高，测频范围广，无需时间同步操作，且能避免待测信号对测频结果的干扰。本专利技术基于微波光子技术实现频谱实时监测。相较于传统电学手段，本专利技术具有光学方法的一系列优势，如测频带宽大、测频频率高、抗电磁干扰等；相较于其他光学方案实现频谱实时监测，本专利技术采用本振线性调频信号在光本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于微波光子技术的频谱实时监测装置，其特征在于，包括激光源(1)、双偏振正交相移键控调制器(2)、电移相器(3)、光带通滤波器(7)，偏振控制器(8)，平衡探测器(9)，电带通滤波器(10)，检波器(11)，信号采集与处理单元(12)；从输入到输出，激光源(1)、双偏振正交相移键控调制器(2)、光带通滤波器(7)、偏振控制器(8)、平衡探测器(9)、电带通滤波器(10)、检波器(11)、信号采集与处理单元(12)依次相连；其中双偏振正交相移键控调制器(2)内部包含有4个子马赫曾德尔调制器，一个90
°
偏振旋转器和一个偏振合束器；4个子马赫曾德尔调制器分别为第一MZM1、第二MZM2、第三MZM3、第四MZM4；第一MZM1和第二MZM2构成第一主MZM1，并分别在主MZM1的两个臂上，MZM3和MZM4构成第二主MZM2，并分别在第二主MZM2的两个臂上。2.一种基于微波光子技术的频谱实时监测方法，其基于权利要求1所述的基于微波光子技术的频谱实时监测装置，其特征在于，具体如下：待测信号(5)和参考信号(6)分别用于驱动第一MZM1和第二MZM2，线性调频信号4分成两路，一路经过电移相器(3)移相后驱动第三MZM3，另一路直接驱动第四MZM4；公式(1
‑
4)分别表示激光源(1)输出的线偏振光、线性调频信号(4)、待测信号(5)和参考信号(6)的表达式：V
LFM
(t)＝A sin(2πf
L
t+πkt2)，0≤t＜T0ꢀꢀ
(2)V
s
(t)＝sin(2πf
s
t)
ꢀꢀꢀꢀ
(3)V
r
(t)＝sin(2πf
r
t)
ꢀꢀ
(4)其中，E(t)、V
LFM
(t)、V
s
(t)、V
r
(t)分别表示线偏振光、线性调频信号(4)、待测信号(5)和参考信号(6)；f
c
表示线偏振光的频率；A、f
L
、k、T0分别为线性调频信号(4)的幅度、载频、啁啾率和周期；f
s
和f
r
分别为待测信号(5)和参考信号(6)的载频；将第一MZM1和第二MZM2都偏置在最小偏置点，第三MZM3...

【专利技术属性】
技术研发人员：王国栋，李轩，朱子行，孟晴晴，高从芮，李赫，周逸潇，赵尚弘，
申请(专利权)人：中国人民解放军空军工程大学，
类型：发明
国别省市：