基于微波光子技术的先进多功能射频系统及其实现方法技术方案

本发明专利技术提供基于微波光子技术的先进多功能射频系统及其实现方法，属于先进多功能射频系统技术领域，解决了现有系统在硬件规模及成本等方面存在的局限性问题；所述系统包括依次连接的阵列孔径前端、光交换矩阵和数字处理/信号产生资源；阵列孔径前端包括依次连接的阵列有源天线、电光/光电转换阵列、波分复用器和第一光环行器组；数字处理/信号产生资源包括信号处理资源和信号发射源，信号处理资源和信号发射源均连接至第二光环行器组上；本发明专利技术充分发挥了微波光子技术中的优势，利用光信号宽带、并行处理和传输损耗低的特点，在保证系统效果优异的前提下，实现了分布式布局设计，减小了系统硬件规模，降低了系统构建成本。降低了系统构建成本。降低了系统构建成本。

【技术实现步骤摘要】
基于微波光子技术的先进多功能射频系统及其实现方法


[0001]本专利技术属于先进多功能射频系统
，应用于一体化式先进多功能射频系统的构建及实现过程，具体为基于微波光子技术的先进多功能射频系统及其实现方法。

技术介绍

[0002]先进多功能射频系统(AMRFS)，是一套共享了宽带阵列天线、信号与数据处理组件、信号发生组件和显示硬件的综合化射频通信系统；该系统可实现包括雷达、通信和电子战在内的多种射频功能，使其综合一体化的应用，从而降低舰船、战机等装备的天线阵、信号处理单元等资源数量。
[0003]因此，先进多功能射频系统，通过显著减小作战平台的资源数量，进而减小相关的雷达截面与红外特征，提升装备效能及作战能力；并且，该系统不需增加新的孔径，即可满足未来潜在能力的增长需求，还可通过软件定义系统主要功能，极大的降低升级成本，快速满足新技术的要求。根据功能化的时间线需求，即频率、发射功率、发射及接收孔径设备、带宽和极化，该系统能够机动地分配和管理相关系统设备。
[0004]在先进多功能射频系统中，天线阵面资源动态组合、射频通道宽带交换、数字处理/信号产生资源的多功能共享，是该系统的重要特征。然而，现有技术中，系统的射频通道跨倍频程困难、宽带交换网络复杂、无法并行处理、远距离传输插损大，导致其在具体应用时存在诸多弊端；传统的解决方案是在天线阵面集成AD/DA转换器，将射频信号直接进行数字化，此方案可以方便的实现数据交换、并行处理及远距离传输的效果，但是AD/DA转换器的速率，难以满足超宽带的先进多功能射频系统的要求，因此仍存在局限性。
[0005]微波光子技术是一门将微波信号变换到光学域中，通过光学的方法实现信号的产生、分配、控制和处理等过程的交叉学科。与传统的微波技术和数字处理技术相比，光学处理过程具有宽带性、高速性、并行性、小巧性、电磁兼容性和抗干扰性等一系列优势。现有技术中，在先进多功能射频系统中，未见有光学处理相关的应用，那么，如何将微波光子技术应用于先进多功能射频系统中，发挥其优势，使整个系统的综合性能得到跨越式提升，便成为了本领域技术人员研究的重点内容。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是解决
技术介绍
中先进多功能射频系统的局限性问题，将微波光子技术应用于先进多功能射频系统中，因此提出了基于微波光子技术的先进多功能射频系统及其实现方法；本专利技术充分发挥了微波光子技术中的优势，应用了光学波分复用技术、光环行器、光交换矩阵等技术手段，实现先进多功能射频系统中的信号传输及处理过程，在保证系统效果优异的前提下，实现了阵列孔径与数字处理/信号产生资源的分布式布局设计，减小了系统的硬件规模，降低了系统的构建成本。
[0007]本专利技术采用了以下技术方案来实现目的：
[0008]一种基于微波光子技术的先进多功能射频系统，所述系统包括依次连接的阵列孔
径前端、光交换矩阵和数字处理/信号产生资源；其中，光交换矩阵和数字处理/信号产生资源共同构成远端设备；当所述系统应用于信号接收过程时，所述阵列孔径前端用于将射频信号调制为多路复用光信号后，输入光交换矩阵中；所述光交换矩阵用于切换多路复用光信号的输出路径，适配于系统特定功能所对应的数字处理资源；所述数字处理资源用于接收并处理调制后的多路复用光信号，得到对应射频信号，并对射频信号进行采集与信号处理。
[0009]进一步的，当所述系统应用于信号发射过程时，当所述系统应用于信号发射过程时，对应的信号产生资源用于产生需要发射的射频信号，并将射频信号调制为发射复用光信号；所述光交换矩阵用于将发射复用光信号反向交换至与阵列孔径前端对应的端口；所述阵列孔径前端用于对发射复用光信号进行解复用操作，解调出需要发射的射频信号后，向外辐射。
[0010]具体的，所述阵列孔径前端包括依次连接的阵列有源天线、电光/光电转换阵列、波分复用器和第一光环行器组；所述数字处理/信号产生资源包括信号处理资源和信号发射源，信号处理资源和信号发射源均连接至第二光环行器组上；所述光交换矩阵为M
×
N光交换矩阵，M
×
N光交换矩阵具有M个输入端口和N个输出端口，此输入输出对应于信号接收过程，当应用于信号发射过程时，相应的输入输出端口相反即可。
[0011]本专利技术同时提供一种基于微波光子技术的先进多功能射频系统的实现方法，所述方法包括信号接收过程和信号发射过程；
[0012]所述信号接收过程，包括如下步骤：
[0013]S11、阵列有源天线接收空间中的宽带微波、毫米波射频信号，并对射频信号进行滤波和放大操作，完成预处理过程；
[0014]S12、电光/光电转换阵列将预处理后的射频信号调制到光载波上，得到阵列光信号；
[0015]S13、波分复用器依据阵列规模与功能划分，将阵列光信号波分复用为M路复用光信号，经第一光环行器组后输入M
×
N光交换矩阵；
[0016]S14、M
×
N光交换矩阵将输入的M路复用光信号进行路径切换，通过N个输出端口输出至第二光环行器组，复用光信号随后进入信号处理资源中，进行解调及数据处理，得到宽带微波、毫米波射频信号的数字处理结果。
[0017]所述信号发射过程，包括如下步骤：
[0018]S21、信号发射源产生要发射的射频信号，对射频信号进行电光转换与波分复用合路操作，得到经过射频调制的发射复用光信号；
[0019]S22、发射复用光信号经过第二光环行器组后，输入M
×
N光交换矩阵中；此时，M
×
N光交换矩阵的输入端口数量为N，输出端口数量为M，M值与阵列有源天线的对应端口数量相同；
[0020]S23、M
×
N光交换矩阵将发射复用光信号反向交换至阵列有源天线的对应端口中；反向交换时，发射复用光信号依次经过第一光环行器组、波分复用器和电光/光电转换阵列，并在波分复用器处完成光信号解复用过程，在电光/光电转换阵列处完成解调过程，得到要发射的射频信号；
[0021]S24、阵列有源天线将要发射的射频信号向外部空间进行辐射，实现信号发射过
程。
[0022]具体的，所述M
×
N光交换矩阵中，切换多路复用光信号的路径，通过空间直接光束偏转方式或光开关组合方式实现。
[0023]优选的，在将射频信号调制为光信号时，使用的光载波选取1550nm波段；依据系统阵列组合需求，将具有相同分配逻辑的射频信号调制到不同波长的光载波上，并通过波分复用操作合为复用光信号。
[0024]综上所述，由于采用了本技术方案，本专利技术的有益效果如下：
[0025]本专利技术的系统及方法，利用微波光子技术将宽带射频信号转换为光信号，发挥了光信号宽带、并行处理和传输损耗低的特点，在光域对阵列接收信号进行交换和分配，实现先进多功能射频系统天线阵面资源动态组合、射频通道宽带交换与数字处理/信号产生资源多功能共享的效果。
[0026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先进多功能射频系统，其特征在于：所述系统包括依次连接的阵列孔径前端、光交换矩阵和数字处理/信号产生资源；其中，光交换矩阵和数字处理/信号产生资源共同构成远端设备；当所述系统应用于信号接收过程时，所述阵列孔径前端用于将射频信号调制为多路复用光信号后，输入光交换矩阵中；所述光交换矩阵用于切换多路复用光信号的输出路径，适配于系统特定功能所对应的数字处理资源；所述数字处理资源用于接收并处理调制后的多路复用光信号，得到对应射频信号，并对射频信号进行采集与信号处理。2.根据权利要求1所述的基于微波光子技术的先进多功能射频系统，其特征在于：当所述系统应用于信号发射过程时，对应的信号产生资源用于产生需要发射的射频信号，并将射频信号调制为发射复用光信号；所述光交换矩阵用于将发射复用光信号反向交换至与阵列孔径前端对应的端口；所述阵列孔径前端用于对发射复用光信号进行解复用操作，解调出需要发射的射频信号后，向外辐射。3.根据权利要求2所述的基于微波光子技术的先进多功能射频系统，其特征在于：所述阵列孔径前端包括依次连接的阵列有源天线(101)、电光/光电转换阵列(102)、波分复用器(103)和第一光环行器组；所述阵列有源天线(101)用于接收或发射射频信号，所述电光/光电转换阵列(102)用于将射频信号调制到光载波上，或是将射频信号从光载波上解调，实现射频信号与阵列光信号间的转换；所述波分复用器(103)用于将阵列光信号波分复用为多路复用光信号，或是将发射复用光信号解复用为阵列光信号；所述第一光环行器组包括多个三端口光环行器(104)，用于实现光信号的双向收发通道自适应选择过程。4.根据权利要求3所述的基于微波光子技术的先进多功能射频系统，其特征在于：所述数字处理/信号产生资源包括信号处理资源(106)和信号发射源(107)，信号处理资源(106)和信号发射源(107)均连接至第二光环行器组上；所述第二光环行器组包括多个三端口光环行器(104)，用于实现光信号的双向收发通道自适应选择过程；所述信号处理资源(106)用于系统的信号接收过程，接收并处理调制后的多路复用光信号，得到对应射频信号，并对射频信号进行采集与信号处理；所述信号发射源(107)用于系统的信号发射过程，产生需要发射的射频信号，并通过内置的电光转换与波分复用功能，直接将射频信号调制为发射复用光信号后，传输至第二光环行器组。5.根据权利要求4所述的基于微波光子技术的先进多功能射频系统，其特征在于：所述光交换矩阵为M
×
N光交换矩阵(105)，M
×
N光交换矩阵(105)具有M个输入端口和N个输出端口；M
×
N光交换矩阵(105)用于实现M路复用光信号从M个输入端口到N个输出端口间的任意路径切换；当所述系统应用于信号接收过程时，所述输入端口与第一光环行器组相连接，所述输出端口与第二光环行器组相连接；信号处理资源(106)的端口数量与信号发射源(107)的端口数量中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：周涛，徐嘉鑫，何庆，曹瑞，罗李焱，李涛，聂港，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第二十九研究所，
类型：发明
国别省市：