基于双光梳欠采样和双偏振马赫曾德尔调制器的频率和波达角测量方法技术

本发明专利技术公开了基于双光梳欠采样和双偏振马赫曾德尔调制器的频率和波达角测量方法,该发明专利技术涉及光通信技术领域和微波技术领域，应用于信号的频率测量与波达角测量。所述方法如说明书附图1所示，包括天线1、天线2、锁模激光器MLL1、锁模激光器MLL2、直流源DC、低噪放大器LNA1、低噪放大器LNA2、光耦合器OC、双偏振马赫增德尔调制器DPol

【技术实现步骤摘要】
基于双光梳欠采样和双偏振马赫曾德尔调制器的频率和波达角测量方法


[0001]本专利技术涉及光通信
和微波
，主要涉及光通信技术中基于双光梳欠采样和双偏振马赫曾德尔调制器的频率和波达角测量方法。

技术介绍

[0002]在电子战和雷达系统中，射频信号的频率测量与波达角测量分别是判断目标速度与方位的重要技术手段。并且，许多第五代无线网络中需要能够检测信号频率和波达角信息的被动监测技术。
[0003]在传统电子对抗和侦察设备中，需要两个独立的模拟处理硬件系统分别用来频率测量和波达角测量，这样增加了系统的复杂度也提高了成本。同时，数字接收机因为其灵活性和通用性通常用于信号检测和估计。但受限于电子瓶颈，很难数字化处理一个高频信号。
[0004]与传统的电域方案相比，近年来发展迅猛的微波光子技术凭借其独有的高频、大带宽和抗电磁干扰等优势，为射频信号的频率测量与波达角测量提供了新的解决方案。
[0005]目前基于微波光子学的测频技术实现方法有：(1)信道化接收。将射频信号用光滤波器、时域信道化或光梳分割成与数字域兼容的频段，然后在数字域进行信号处理得到频率信息。但是信道化接收的难点是测频带宽和测频精度会相互制约。(2)光学扫频结构。由光学振荡器产生用于将射频信号下变频到中频的本振信号，通过在数字域处理中频信号得到频率和到达角信息。但是(1)(2)两种方案结构复杂，无法实现大瞬时带宽的频率测量。(3)光学采样技术。比如，使用低抖动的光脉冲将射频信号转换到基带后，利用中频信号恢复出原来的射频信号。通过对采样光脉冲串加入抖动，比较中频信号的幅度和相位变化量来消歧。但是这种方式得到的信号不能实时处理。还有一种双光梳采样的方案，能够对太赫兹的连续波信号实时处理。但是利用双光梳测频存在频率计算的盲区。一些三光梳的测量方案可以解决这个问题但是会增加系统的复杂性。上述几种方案都只能实现频率测量，不包含波达角的测量。目前基于微波光子学的波达角测量技术实现方法有：(1)由直流电压的比值估算波达角，但是这种方法只能实现单音信号的波达角的测量。(2)对于宽带信号波达角的测量，可以利用三角波扫描相位的办法。在上述方法里，只获得了相位差信息，我们还需要频率信息才能获得波达角。

技术实现思路

[0006]为了解决
技术介绍
中所存在的技术问题，本专利技术提出了一种基于双光梳欠采样和双偏振马赫曾德尔调制器的频率和波达角测量方法。该方法用两个锁模激光器来产生光学欠采样所需的两个不同重频的光梳，并且需要设置两个锁模激光器的输出光功率不同，根据输出中频信号功率的大小，判断中频信号所对应重频的光梳。由不同接收天线接收到的射频信号被加载在双偏振马赫增德尔调制器的上下两臂，由双光梳对两臂射频信号分别进行光学欠采样。之后通过偏振分束器构造出了两路通道，通过获得的中频信号频率计算射
频频率，到达角信息则由上下两路同一频率的中频信号的相位差计算获得。该方法可以同时测量频率和到达角信息，而且测量得到的相位信息可以用于计算射频频率的相对位置区域，测得的频率信息可以用来校准到达角的相位误差。该方法具有对多个目标信号和宽带信号的测频测向能力。并且，只需要一个集成调制器，实现结构简单稳定。
[0007]本专利技术为解决技术问题所采用的技术方案是：所述方法包括天线1、天线2、锁模激光器MLL1、锁模激光器MLL2、直流源DC、低噪放大器LNA1、低噪放大器LNA2、光耦合器OC、双偏振马赫增德尔调制器DPol
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MZM、偏振控制器PC、偏振分束器PBS、光电探测器PD1、光电探测器PD2、低通滤波器LPF1、低通滤波器LPF2、模数转换器ADC、数字信号处理模块DSP。MLL的输出端口通过OC与DPol
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MZM的输入端口相连，该调制器的输出端口与PC的输入端口相连，PC的输出端口与PBS的输入端口相连，PBS的两个输出端口分别与上下两路PD的输入端口相连，两个PD的输出端口都各自与一个LPF的输入端口相连，两个LPF的输出端口与一个四通道ADC的输入端口相连，ADC的输出端口与DSP的输入端口相连。
[0008]本专利技术在工作时包括以下步骤：(1)将两个MLL产生的光梳耦合到一路作为载波注入到DPol
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MZM中；(2)在DPol
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MZM内，注入的光信号被分为两路，分别输入到其子调制器MZM
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1和MZM
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2中，MZM
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1和MZM
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2偏置在正交传输点，MZM
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2输出的调制信号偏振态旋转了90度，与MZM
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1输出的调制信号构成正交偏振态。(3)天线1接收到的信号经过低噪放大器后输入到MZM
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1的射频输入端口，天线2接收到的信号经过低噪放大器后输入到MZM
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2的射频输入端口。(4)DPol
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MZM输出的正交偏振信号注入到PC中，经PC调整偏振态与PBS对准，将正交偏振信号按偏振态分离为两路信号。(5)PBS的两路输出信号分别输入到PD中进行光电转换，得到电信号。再经过低通滤波器滤波之后得到两路的中频信号。(6)两路中频信号输入到ADC和DSP中，根据测量两路中频信号的频率和相位差计算出待测射频信号的频率和波达角。
[0009]本专利技术提出了一种新型的光采样频率测量和波达角测量方法，该方案利用两个锁模激光器产生两种不同重频的光梳，利用DPol
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MZM调制不同天线接收到的信号，通过PBS分离两个正交偏振调制信号建立双通道，可生成两组中频信号。利用上下两路同一中频信号的相位差和中频频率大小得到射频频率与光梳的相对位置，再根据中频频率和光梳重频频率计算待测射频信号的频率。最后，利用计算得到的射频信号频率和上下两路同一中频信号的相位差可以计算得到到达角信息。本专利技术设备简单，具有很强的实际可操作性。
[0010]本方案构建的外调制测量系统，采用全光模拟系统，不受电域器件带宽的限制，整个系统的测频范围仅取决于DPol
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MZM的调制带宽和光梳的重频频率，系统总体频率依赖小，工作带宽大。
[0011]本专利技术基于双光梳欠采样和双偏振马赫曾德尔调制器的频率和波达角测量方法，能够同时进行待测信号频率测量和波达角测量，实现了器件共用，为微波光子一体化系统提供了技术支撑。
附图说明
[0012]图1为本专利技术基于双光梳欠采样和双偏振马赫曾德尔调制器的频率和波达角测量方法的原理图；图2为4组不同频率射频信号输出中频信号的光谱图：图2(a)为射频信号频率为2GHz时的输出中频信号频谱图，图2(b)为射频信号频率为10GHz时的输出中频信号频谱图，图2(c)为射频信号频率为16GHz时的输出中频信号频谱图，图2(d)为射频信号频率为38GHz时的输出中频信号频谱图；图3为四种不同射频频率与两个光梳相对位置关系图分别表示为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ：横坐标表示频率大小，N表示与射频频率最接近的光本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于双光梳欠采样和双偏振马赫曾德尔调制器的频率和波达角测量方法，包括天线1、天线2、锁模激光器MLL1、锁模激光器MLL2、直流源DC、低噪放大器LNA1、低噪放大器LNA2、光耦合器OC、双偏振马赫增德尔调制器DPol
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MZM、偏振控制器PC、偏振分束器PBS、光电探测器PD1、光电探测器PD2、低通滤波器LPF1、低通滤波器LPF2、模数转换器ADC、数字信号处理模块DSP，其中DPol
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MZM内部共集成两个马赫增德尔调制器MZM1和MZM2、偏振合束器PBC和一个偏振旋转器90
°
PR，其特征在于：MLL1和MLL2产生的光梳通过OC耦合成一路作为载波注入到DPol
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MZM中，天线1接收到的信号经过LNA1后输入到MZM
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1的射频输入端口，天线2接收到的信号经过LNA2后输入到MZM
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2的射频输入端口，天线1接收到的信号和天线2接收到的信号对MLL1和MLL2输出的光梳进行调制；通过控制DC使DPol

【专利技术属性】
技术研发人员：杨仪，文爱军，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：