[发明专利]被动综合孔径电光成像阵列相位实时延迟系统

说明书

技术领域

本发明主要涉及被动综合孔径电光成像阵列系统的相位误差校正技术，尤其是采用相控阵雷达天线中的实时延迟方法，把相位误差信息转换成时间延迟的形式来实时补偿被动综合孔径电光成像阵列系统中的相位误差。

背景技术

被动综合孔径电光成像阵列系统可以应用于被动微波、毫米波、太赫兹综合孔径成像系统。被动综合孔径电光成像阵列方法是基于上变频技术的成像方法，先将接收天线阵列优化排列，然后将接收机接收的信号经过变频后，通过电光调制器加载到激光器输出的光载波上，通过光纤传输，并在阵列末端形成光纤缩比阵列，运用微光学技术设计光学系统使之形成光学综合孔径成像系统，最终在焦平面上使用CCD直接成像。视场信号在接收和传输过程中会产生一定的误差，而相位误差对成像质量影响很大，因此需要对系统进行实时相位校准。

传统的被动综合孔径电光阵列成像的相位校准方法一般是采用相位补偿器或光纤延迟线。本发明中采用相位实时延迟系统来对光纤各通道间的信号相位误差进行补偿。实时延迟系统以往只应用于相控阵雷达天线中。虽然相控阵雷达天线中的天线阵列是用来发射信号，而被动光学综合孔径电光成像阵列系统是用天线阵列来接收视场内的电磁辐射信号。但两者之间具有许多相似性，比如都需要利用天线阵列，而且都可以有多种天线阵排列方式，最主要的一点是两者都是通过电光调制器把电磁信号加载到激光器发出的光波上，并通过光纤阵列来传输电光调制器输出的调制光信号。在相控阵雷达天线中光纤阵列后的每条天线通道分配到一个调制光信号，每个调制光信号经过光学实时延迟系统得到各不相同的延时，以控制各光纤通道间信号的相位差，从而改变天线阵面上电磁波的相位分布，使得波束在空间按一定规律扫描。相控阵雷达天线的光学实时延迟系统一般分为四种方式，分别是单一光载波离散调制型，单一光载波连续调制型，多个光载波离散调制型和多个光载波连续调制型。根据被动综合孔径电光成像阵列系统的激光器是固定波长，且相位误差是连续的特点，本发明中采用的相位实时延迟系统是单一光载波连续调制型。

发明内容

被动综合孔径电光成像阵列系统中相位误差对成像质量影响很大，而以往的相位补偿技术存在精度不高，体积大，价格偏高等缺点。本发明提出的被动综合孔径电光成像阵列相位实时延迟系统采用了相控阵雷达天线中的光学实时延迟方法，将相位信息转换成时间延迟的形式来实时补偿被动综合孔径电光成像阵列系统中的相位误差。通过对CCD成像结果进行分析计算可以得到各通道的相位误差，把其校正量传给相位实时延迟系统，利用相位实时延迟系统中的啁啾光纤光栅的宽谱反射及波长反射点位置与光纤光栅长度相关的特性，通过相位误差控制光纤光栅长度以改变各通道信号的时延，实现相位误差校正的目的。

本发明提出的被动综合孔径电光成像阵列相位实时延迟系统采用如下技术方案：

发明提出如图1所示的被动综合孔径电光成像阵列相位实时延迟系统(以1-D的4根天线阵列为例)，该系统主要由相位误差转换子系统，时间延迟控制子系统和时间延迟补偿子系统组成。

在本发明中的单一载波连续型光学实时延迟系统利用啁啾光纤光栅反射谱宽的特性，可以反射一段连续范围内的波长。不同波长的信号在光栅中的反射点位置不同，因此各信号经过的路程不同，则时间延迟不同。被动综合孔径电光成像阵列系统属于相干干涉成像，作为载波的光波信号必须来源于同一激光器的固定波长。只有通过平移频谱代替调节波长来改变同一波长不同信道的时延。啁啾光纤光栅的纵向拉伸会引起其反射宽谱向长波方向移动，因此载波的波长要处于宽谱中靠近长波长边缘的位置，以防止加载在载波上的信号超出反射宽谱的范围而不能被反射。从成像结果中提取出来的误差信号经转换后成为与其补偿相位相对应的电压量，当该电压加在PZT上时，PZT将向左右两端膨胀，以致拉伸啁啾光纤光栅使其光栅周期变大，引起啁啾光纤光栅的反射频谱向长波方向移动，从而改变载波信号在光栅中的反射点位置，最终调节各通道信号的时间延迟量，达到实时校准各通道的相位误差的目的。在本发明中，系统各个部分说明如下：

(1)相位误差转换子系统：对图像分析和计算得到的相位误差补偿量要经过计算机处理转换为与其相对应的PZT的输入电压信号，这个相位误差补偿量校正视场信号在接收和传输过程中产生的误差。

(2)时间延迟控制子系统：各通道信号时间延迟量的控制由PZT来实现，PZT只会随输入电压的改变产生不同的纵向拉伸，带动紧粘在其上的啁啾光纤光栅的纵向形变。