[发明专利]一种基于快速激光扫描的微波信号测量方法

说明书

技术领域

本发明属于微波光子学技术领域，特别涉及一种基于快速激光扫描的微波信号测量方法，具体说是利用激光扫描结构构建时域串行的多个接收信道，适用于宽带微波信号的实时测量。

背景技术

在现代化电子战及雷达应用中，快速有效地获取短时突发信号的频率信息是微波信号处理的基本目标之一。目前微波多频信号的测量主要是基于信道化接收、频率扫描等方案。其中，前者通常是基于频带分割的思想，具有多个窄子带的滤波器组是实现其频谱分割的基本器件，如利用衍射光栅、法布里-珀罗标准具或波导光栅等作为滤波器件来构建多个并行的信道，再对每个信道进行功率检测或傅里叶变换从而实现对微波信号的测量。但是这种并行接收的测量方案受到固有的插入损耗和失真的影响，且测量精度受限于滤波器特性。另外一类并行信道化方案是利用一些周期性响应的器件来等效实现滤波效果，如基于两个不同频率间隔的光频梳或两个不同自由光谱范围的法布里-珀罗标准具来实现对频谱的分割，进而对微波信号进行测量。但是这类方案需要精确对准，并且需要多个光电探测器或复用器件，导致结构相对复杂。另一方面，频率扫描的方案也被用来对多频信号进行测量，如利用电调谐的光纤布拉格光栅，以及基于布里渊散射效应的扫描测量等。但是这类方案的测频精度和扫频速率比较受限，无法完全满足电子战的需要。

发明内容

本发明的目的是提出一种基于快速激光扫描的微波信号测量方法，其特征在于利用激光扫描结构建立串行信道化机制，进而实现对宽带微波信号的测量，包括如下步骤：

1)首先建立基于快速激光扫描的串行信道化机制，由激光扫描频率源结构和串行信道化接收装置两部分组成。系统分为扫频源支路和微波调制支路，激光源经分束器分成两路，一路作为扫频源的泵浦光源，另一路利用马赫曾德调制器将待测微波信号调制到光上；两支路信号耦合后进入一个窄带低速的平衡光电探测器进行平衡探测，最后进行低速电采样和后续数字处理。而由于激光扫描频率源中不同频率的信号会在不同时间窗口内存在，那么利用扫描信号作为下变频的本振时，就可以在接收端同时实现频域和时域的信道化分割，从而实现时域串行的信道化机制；

2)激光扫描频率源作为系统的下变频光本振，具有如下的时频特性：在一个完整的扫描周期N·δt时间内，扫频频率由f_c步变到f_c+(N-1)·δf，扫频频率间隔为δf，扫频时间间隔为δt，已调制的待测信号与作为下变频光本振的激光扫描频率源在平衡光电探测器上进行拍频处理，当二者的频率差小于接收带宽，其拍频结果将会在对应信道内被检测到，之后设计相应的数字域频率识别算法来恢复待测微波频率；

3)在接收带宽的选择和设置上，为了消除在计算待测频率时的模糊度，确定某拍频频率f_k，第k个信道的拍频结果是来自于(f_c+f_x)-(f_c+(k-1)·δf)还是(f_c+(k-1)·δf)-(f_c+f_x)，就要求接收带宽不小于扫频间隔；而δf为最佳接收带宽，因为此时的待测频率识别算法是最简单的，并且对检测器件的速率要求较低，其中f_x表示待测微波频率；当接收带宽等于扫频源的最小频率间隔δf时，对于某个待测信号f_x，其与扫频信号的拍频结果将会在两个相邻信道内被检测到；并且记为f₁和f₂两信道的拍频结果关于接收带宽δf互补，即f₁+f₂＝δf；而两相邻的第(k-1)信道和第k信道的拍频结果与待测信号的关系为：

f₁＝f_x-(k-1)·δf     (1)

f₂＝k·δf-f_x     (2)

只要相邻两信道的拍频结果满足关系f₁+f₂＝δf，说明二者对应的是同一个待测频率，那么由(1)式或(2)式均可求得待测频率f_x；因此，根据拍频结果及对应信道扫频频率，可计算出待测微波频率；

4)在获取相位信息时，对于某个待测频率f_x，其频率值已经获知，记作：

那么只需进行式(4)所示的计算，滤去高频分量，仅保留直流附近的分量，即可得到微波信号的相位信息：