基于双偏振双电极MZM的DFS和AOA同时测量方法和系统技术方案

本发明专利技术提供了一种基于双偏振

【技术实现步骤摘要】
基于双偏振双电极MZM的DFS和AOA同时测量方法和系统


[0001]本专利技术涉及光通信领域，尤其涉及基于微波光子的雷达信号参数测量领域，能够利用微波光子学方法实现雷达回波信号的多普勒频移(Doppler Frequency Shift,DFS)和到达角(Angle of Arrival,AOA)的同时测量，进而提高雷达信号测量精度、简化测量结构的特点。

技术介绍

[0002]DFS和AOA是常用的雷达信号参数，多普勒效应是由被测物体与波源的相对运动所产生的，当无线电信号被运动物体反射时，反射的回波信号相对于发射信号参存在一个频移，这种现象称为多普勒效应，产生的频移称为多普勒频移(DFS)，其频移大小与发射信号源和沿物体的径向相对速度成正比，当二者相互靠近时，回波信号频率变高，反之回波的频率变低，利用该现象可以实现物体径向速度测测量。到达角(AOA)指入射无线电波传播方向与观测点天线平面法线方向之间的夹角，测得AOA即可获取物体的方位信息。一般来说AOA的测量需要两个水平方向排列的雷达天线接收回波信号，由于被测物体与两个雷达天线的距离存在差异，两个天线接收的回波之间会产生时延差或相位差，结合天线间距，即可算出到达角AOA。因此对DFS和AOA进行测量，就能够获取移动目标的径向速度和方位信息。
[0003]传统的电域DFS和AOA的测量方法包括基于振荡器、混频器以及同相正交混合方案。为了提高测量精度，现代雷达系统的信号以及待测信号的频率和带宽不断增加，这也提高了所用器件的带宽要求。由于电子器件受到其固有的“电子瓶颈”制约，电子雷达信号需要对宽带信号进行切割，然后分段进行测量，以实现高频宽带信号的处理，这种复杂的处理方式影响了测量技术的进一步发展。目前的电学方法存在着带宽窄、成本高、体积大等缺点，无法满足未来雷达系统的带宽要求。
[0004]微波光子学为雷达信号参数测量提供了新思路。基于微波技术和光通信技术结合的微波光子技术将微波毫米波信号加载到光波上，通过光学技术在光域对信号进行处理，能够实现电域很难甚至无法实现的信号处理功能。微波光子技术具有的显著优势有：工作频段宽、传输带宽大、传输损耗低、避免电磁干扰等。基于光子技术的微波信号参数测量系统能够避免电子器件“速率瓶颈”影响，是发展未来高频宽带雷达的有效途径，并表现出许多明显优势。
[0005]近年来，国内外报道了许多基于微波光子学的DFS和AOA的单参数测量方案。在基于微波光子学的DFS测量中，DFS的数值和方向是所要测量的目标参数。在数值上，雷达发射信号与回波信号的频率差的绝对值即为DFS的大小，因此大多数的方案都是通过对发射信号和回波信号的调制一阶边带进行拍频做差来实现的。在较早期的研究中，只能实现DFS的数值测量，无法确定DFS的方向。在近些年的研究中，已有学者实现了在DFS数值测量的基础上，对DFS的大小和方向的同时测量，这其中可以分为两类方法：一类是正交干涉法，即利用对其中一组调制信号施加相位，之后通过相位正交相干检测方法判断DFS的方向；另一类是参考信号检测法，即通过引入参考信号，测量输出电流的频率判断DFS的方向。
(t)
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I2(t)。最终输出包含雷达回波信号的多普勒频移DFS和到达角AOA信息的差分光电流。
[0014]作为一种优选方法，本专利技术提供一种基于双偏振双电极MZM的多普勒频移DFS和到达角AOA同时测量系统，包括：
[0015]一个连续激光器CWLD，用于产生一个功率恒定、线宽窄、相位和频率稳定的线偏振连续光波；
[0016]一个双偏振
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双电极马赫
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曾德尔调制器Dpol
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DDMZM，用于将回波信号和本振信号调制到光路，两个子DDMZM均工作在光载波抑制OCS调制模式下，最终Dpol
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DDMZM输出一路偏振复用信号；
[0017]一个光带通滤波器OBPF，用于将调制信号的正一阶边带滤出，抑制残余光载波和负一阶边带，输出携带回波信号和本振信号信息的正一阶边带信号；
[0018]一个平衡探测器BPD，其内部的两个光电探测器PD具有相同的响应度，且它们的截止频率远小于本振信号的频率，经过平衡探测器BPD实现了光电转换和差分运算，输出光电流中包含雷达回波信号的多普勒频移DFS和到达角AOA信息。
[0019]采用本专利技术提供的技术方案，能够同时测量DFS和AOA，实现了双参数测量系统的一体化；光调制器工作在OCS模式下，光载波被抑制，减少了对有用信号的干扰，提高了测量精度；在AOA的测量中，拍频后光电流的相位偏移与AOA形成了映射关系，避免了由于功率
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相位映射曲线中存在的低分辨率区域导致的AOA测量误差增大，因此提高了AOA的测量精度。
附图说明
[0020]图1为本专利技术提出的基于双偏振双电极MZM的DFS和AOA同时测量的原理图及各点光谱示意图；
[0021]图2为本专利技术中从Dpol
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DDMZM输出的X偏振方向的光谱图；
[0022]图3为本专利技术中从Dpol
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DDMZM输出的Y偏振方向的光谱图；
[0023]图4，图5为当DFS分别为+500kHz和
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500kHz时，本专利技术中BPD内部上下两支路的信号时域谱图；
[0024]图6，图7为当DFS分别为+500kHz和
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500kHz时，本专利技术中BPD内部上下两支路的信号频谱图。
[0025]图8为从BPD输出的光电流时域谱图；
具体实施方式
[0026]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文将结合附图对本专利技术的实施例进行详细说明。图1为本专利技术提出的基于Dpol
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DDMZM的DFS和AOA同时测量的原理框图。
[0027]本专利技术利用微波光子学技术对雷达信号参数中的DFS和AOA进行同时测量，通过使光调制器工作在OCS模式提高了最终测量的精度，为实现上述效果，需要采用下述步骤：
[0028]首先，CWLD产生功率为12dBm、线宽为100MHz、频率为193.1THz的连续光波。光波被注入到Dpol
‑
DDMZM中，该集成器件由两个相同的平行推挽DDMZM、一个90
°
PR和一个PBC组成。两个DDMZM的半波电压和消光比都相同，分别为4V和40dB，均偏置在最小传输点以实现
OCS调制。接着，回波信号和本振信号分别按照图1所示注入Dpol
‑
DDMZM的射频信号端口。回波信号的频率ω
E
/2π被设置为10.0005GHz，本振信号的频率ω
T
/2π为10GHz，这意味着实际DFS的大小为500kHz，方向为正。移相器(Phase shift,PS)用于对回波信号2引入相移以模拟两个回波信号之间的相位差
[0029]Dpol
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于双偏振双电极MZM的多普勒频移DFS和到达角AOA同时测量方法，将两个天线接收的回波信号和本振信号经双偏振
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双电极马赫
‑
曾德尔调制器Dpol
‑
DDMZM的两个子MZM、以光载波抑制OCS的调制模式并行调制在激光器CWLD输出的连续光波上，经90
°
偏振旋转和偏振正交合路，产生的偏振复用的光波承载的回波和本振信号经光带通滤波器OBPF滤出正一阶边带，通过偏振解复用器PBS进行解偏振复用为两路光信号，然后经过平衡探测器BPD实现光电转换和差分运算，输出光电流中包含雷达回波信号的多普勒频移DFS和到达角AOA信息，通过测量光电流的相位和频率，便可得出回波信号的DFS的大小和方向及AOA的大小。2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述连续激光器CWLD：连续激光器CWLD产生一个功率恒定、线宽窄、相位和频率稳定的线偏振连续光波。3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述双偏振
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双电极马赫
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曾德尔调制器Dpol
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DDMZM：该集成器件由一个3dB的Y型耦合器、两个并行的双射频电极马赫
‑
曾德尔调制器DDMZM、一个90
°
偏振旋转器PR和一个偏振合束器PBC组成；从两个天线接收的具有相对相移的回波信号分别注入到两个子DDMZM的射频端口，本振信号驱动两个子DDMZM的另一臂；为使两个子DDMZM均工作在光载波抑制OCS调制模式，每个子DDMZM的上下两臂直流偏置电压差为一个半波电压V
π
；注入Dpol
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DDMZM的光波首先被Y型耦合器分为两束，经DDMZM1和DDMZM2分别被回波信号和本振信号调制，从DDMZM2输出信号的偏振方向被偏振旋转器PR旋转90
°
后，经过PBC与DDMZM1的输出信号正交合路，输出承载有回波信号和本振信号的偏振复用光信号。4.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述光带通滤波器OBPF：光带通滤波器OBPF的中心频率可调，根据光载波和本振信号的...

【专利技术属性】
技术研发人员：马健新，林岐瑞，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：