一种微波光子频控阵雷达装置及方法制造方法及图纸

技术编号：40008171 阅读：9 留言：0更新日期：2024-01-16 14:51

本发明专利技术公开了一种微波光子频控阵雷达装置及方法，装置包括光源、光耦合器、并列的多个雷达信号处理单元以及多个雷达发射天线；光源用于产生光载波；光耦合器，将光源产生的光载波分成多束光，每束光作为各个雷达信号处理单元的光载波使用；雷达信号处理单元，分别对输入的雷达信号的频率、幅值、相位进行调控，输出符合频控阵雷达要求的雷达信号；雷达发射天线，用于发射雷达信号处理单元输出的雷达信号，从而形成具有角度距离信息的点状波束图。本发明专利技术克服了基于传统频控阵雷达依靠电学方法存在的电子瓶颈带来的低带宽、低工作频率的缺点，并且利用光子技术有效地避免内部的电磁干扰问题。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于雷达，具体涉及基于一种微波光子频控阵雷达装置及方法。

技术介绍

1、传统阵列雷达由于合成的波束只有角度信息不具备距离信息，需要通过脉冲时延来测量目标距离。这种方法存在固有的距离模糊问题，只能在最大不模糊距离内进行测量，极大地影响雷达的性能。为了解决距离模糊问题，有学者提出了结构与相控阵雷达类似的频控阵雷达，但是其各阵元之间发射的信号中心频率有特定的偏移，从而形成点状的波束图，并通过控制各阵元发射信号的幅值和相位控制点状波束极大值点的位置。因此，对于频控阵系统来说，各阵元信号的幅值、相位和频移控制功能是必须的。目前，国内外学者主要集中于特定频偏的分布形式对波束形状的影响，对频控阵雷达的研究大多停留在理论仿真研究层面。另外，出现的少部分频控阵雷达样机也全都是利用纯电学元器件实现信号幅值、相位和频移的控制。由于纯电学元器件存在固有的电磁瓶颈，难以实现对大带宽雷达信号的幅值、相位和频移同时处理的任务。近年来微波光子信号处理技术是用来代替传统的电学方法来处理射频(rp)信号，即利用射频信号直接调制光载波，并在光域内直接进行处理高速微波信号，可以实现对射频信号的幅值、相位、频率进行控制的功能，这种处理技术具有高紧密型，电磁环境下的高兼容性，大带宽、高工作频率，体积小等优点，在世界范围内得到了大量的广泛的研究。

技术实现思路

1、本专利技术的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出一种微波光子频控阵雷达装置及方法。

2、为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：</p>

3、一种微波光子频控阵雷达装置，包括光源、光耦合器、并列的多个雷达信号处理单元以及多个雷达发射天线；

4、光源与光耦合器光纤连接，光耦合器通过光纤分别连接多个雷达信号处理单元；多个雷达信号处理单元和多个雷达发射天线，一一对应，通过射频电缆连接；

5、光源用于产生光载波；

6、光耦合器，用于将光源产生的光载波分成多束光，每束光作为各个雷达信号处理单元的光载波使用；

7、雷达信号处理单元，分别用于对输入的雷达信号的频率、幅值、相位进行调控，输出符合频控阵雷达要求的雷达信号；

8、雷达发射天线，用于发射雷达信号处理单元输出的雷达信号，从而形成具有角度距离信息的点状波束图。

9、本专利技术还包括一种微波光子频控阵雷达方法，基于提供的微波光子频控阵雷达装置，方法包括以下步骤：

10、光源产生并输出光载波；

11、光耦合器将光源产生的光载波分成多束光，并将每束光输出至各个雷达信号处理单元；

12、雷达信号处理单元分别对输入的雷达信号的频率、幅值、相位进行调控，并向各自雷达天线输出符合频控阵雷达要求的雷达信号；雷达信号处理单元具体包括光耦合器a、载波抑制单边带调制器、强度调制器、相位调制器、移频器、光合路器以及光电探测器；

13、光耦合器a将输入雷达信号处理单元的光载波分成两束光信号，作为两路光载波，即第一光信号和第二光信号；

14、载波抑制单边带调制器将输入的雷达信号调制到第一光信号上，输出只包含一个边带的光信号；

15、强度调制器对输入的光载波进行强度调制，进而控制其幅度大小；

16、相位调制器对光载波进行相位控制，实现移相；

17、移频器利用锯齿波信号对光载波进行相位调制，实现频率偏移；

18、光合路器将只包含一个边带的光信号与一个幅度、频率和相位可控的光载波合成一束同偏振态的光，输出作为第三光信号；

19、光电探测器将第三光信号转变成频率、幅值、相位可控电信号，输出符合频控阵雷达要求的雷达信号；

20、雷达发射天线发射雷达信号处理单元输出的雷达信号，从而形成具有角度距离信息的点状波束图。

21、本专利技术与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

22、1、本专利技术实现频控阵雷达中所需的雷达信号的处理，通过光学方法对雷达信号的频率、幅度、相位进行同时地调控，并且克服了基于传统频控阵雷达依靠电学方法存在的电子瓶颈带来的低带宽、低工作频率的缺点，并且利用光子技术有效地避免系统内部的电磁干扰问题。

23、2、本专利技术可以产生一个区别于其他阵列雷达(如相控阵、频扫阵等)波束图形状的点状波束图，由于这种波束图波束能量最大值点位置本身包含了距离信息，因此可以解决传统雷达中的距离模糊难题，突破最大不模糊距离的限制，这对于星载、机载等远距离探测的雷达具有重要意义。

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【技术保护点】

1.一种微波光子频控阵雷达装置，其特征在于，包括光源、光耦合器、并列的多个雷达信号处理单元以及多个雷达发射天线；

2.根据权利要求1所述的一种微波光子频控阵雷达装置，其特征在于，雷达信号处理单元具体包括光耦合器A、载波抑制单边带调制器、强度调制器、相位调制器、移频器、光合路器以及光电探测器；

3.根据权利要求2所述的一种微波光子频控阵雷达装置，其特征在于，光耦合器A，用于将输入雷达信号处理单元的光载波分成两束光信号，作为两路光载波，即第一光信号和第二光信号；

4.根据权利要求3所述的一种微波光子频控阵雷达装置，其特征在于，光耦合器A，具体采用一个双偏振双平行马赫曾德尔调制器DP-DPMZM内部输入端的一个Y型分光器，将输入光载波分为两路。

5.根据权利要求3所述的一种微波光子频控阵雷达装置，其特征在于，载波抑制单边带调制器，采用DP-DPMZM所包含的上下两路两个双平行马赫曾德尔调制器DPMZM中的上路DPMZM，输出只包含一个边带的光信号；

6.根据权利要求3所述的一种微波光子频控阵雷达装置，其特征在于，强度调制器，具

7.根据权利要求3所述的一种微波光子频控阵雷达装置，其特征在于，相位调制器，具体采用MZM2级联的PM，用以控制光载波的相位，从而产生一个相位可控的光载波信号；

8.根据权利要求3所述的一种微波光子频控阵雷达装置，其特征在于，移频器，具体为与DP-DPMZM顺序连接的内部不带起偏器的相位调制器，由于其对不同偏振态的光信号调制效率不同，输入幅值为其光慢轴方向的半波电压的两倍大小的锯齿波信号，使得光载波频率产生偏移，从而实现光载波的频率控制功能；

9.根据权利要求2所述的一种微波光子频控阵雷达装置，其特征在于，强度调制器、相位调制器以及移频器的顺序可任意调整。

10.一种微波光子频控阵雷达方法，其特征在于，基于权利要求1-9任一项所述的微波光子频控阵雷达装置，方法包括以下步骤：

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【技术特征摘要】

1.一种微波光子频控阵雷达装置，其特征在于，包括光源、光耦合器、并列的多个雷达信号处理单元以及多个雷达发射天线；

2.根据权利要求1所述的一种微波光子频控阵雷达装置，其特征在于，雷达信号处理单元具体包括光耦合器a、载波抑制单边带调制器、强度调制器、相位调制器、移频器、光合路器以及光电探测器；

3.根据权利要求2所述的一种微波光子频控阵雷达装置，其特征在于，光耦合器a，用于将输入雷达信号处理单元的光载波分成两束光信号，作为两路光载波，即第一光信号和第二光信号；

4.根据权利要求3所述的一种微波光子频控阵雷达装置，其特征在于，光耦合器a，具体采用一个双偏振双平行马赫曾德尔调制器dp-dpmzm内部输入端的一个y型分光器，将输入光载波分为两路。

5.根据权利要求3所述的一种微波光子频控阵雷达装置，其特征在于，载波抑制单边带调制器，采用dp-dpmzm所包含的上下两路两个双平行马赫曾德尔调制器dpmzm中的上路dpmzm，输出只包含一个边带的光信号；

6.根据权利要求3所述的一种微...

【专利技术属性】
技术研发人员：王旭东，莫宝杭，陈敬旭，李垂臻，冯新焕，陈凯荣，张杰君，曹元，沃江海，关柏鸥，姚建平，
申请(专利权)人：暨南大学，
类型：发明
国别省市：

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