[发明专利]频率可调谐无本振相位编码信号光学产生装置及方法

说明书

本发明公开了一种频率可调谐无本振相位编码信号光学产生装置及方法，属于微波信号产生技术领域。该装置和方法利用偏振复用双平行马赫‑曾德尔调制器（DP‑QPSK调制器）中集成的一个双平行马赫‑曾德尔调制器（DP‑MZM）的等效相位调制特性与相移光纤布拉格光栅（PS‑FBG）构成窄带微波光子滤波器，在光电振荡器内实现频率可调谐的低相噪微波谐振信号生成。生成的微波谐振信号和编码信号注入DP‑QPSK调制器中集成的另一个DP‑MZM实现微波相位编码信号的生成。通过调节光电振荡器中谐振信号的频率，即可以生成不同频率的相位编码信号。

技术领域

本发明涉及一种频率可调谐无本振相位编码信号光学产生装置及方法，属于微波信号产生技术领域。

背景技术

雷达的分辨理论表明：在保证一定信噪比并实现最佳处理的前提下，测距精度和距离分辨力主要取决于信号的频谱结构，它要求信号具有大的带宽；测速精度和速度分辨力取决于信号的时间结构，它要求信号具有大的时宽。因此，要使雷达系统作用距离远，又具有高的测距、测速精度和好的距离、速度分辨力，首先发射信号必须是大带宽、长脉冲的形式，即雷达信号应具有大的时宽-带宽积。

脉冲压缩雷达发射宽脉冲，在接收端通过脉冲压缩获得窄脉冲，很好的解决了雷达作用距离和分辨能力之间的矛盾。相位编码信号是一种常用的雷达脉冲压缩信号，它具有良好的脉冲压缩能力，可以有效的提高雷达系统的分辨率，因此在雷达等相关领域受到了广泛的关注和研究。传统的相位编码信号是通过电子线路在电域生成的，但是受到电子瓶颈限制，存在生成相位编码信号频率可调谐范围受限、时宽-带宽积受限、系统可重构性差等缺点。而随着雷达技术的不断发展，现代雷达系统的工作频率也在向更高的频段不断发展，传统的电域生成相位编码信号的方法已经不能满足这些应用的需求。为了克服上述缺点并满足雷达系统不断向高频段发展的需求，人们采用了微波光子技术，通过光子学的方法产生相位编码信号。

已有很多文献报道了采用光子学的方法生成相位编码信号。早期的基于空间光调制器的方法具有很高的灵活性和可重构性，但由于光在自由空间传输，系统十分复杂且损耗很高。为了克服这些缺点，可以通过全光纤的方案实现。通过光学频谱整形和频域到时域映射的方法可以实现脉冲压缩信号的生成，但是通过该方法生成的信号时间长度受限，往往小于1微秒，这限制了该方法的使用范围。为了生成长时间长度的脉冲压缩信号，出现了基于单个偏振调制器、基于单个马赫-曾德尔调制器、基于单个双平行马赫-曾德尔调制器和基于偏振复用双平行马赫-曾德尔调制器和平衡探测的相位编码信号生成方法，但是这些方法只能生成二进制的相位编码信号，难以生成多进制或线性调频的脉冲压缩信号。为了生成任意调制方式的脉冲压缩信号，出现了基于马赫-曾德尔调制器和光带通滤波器的脉冲压缩信号生成方法，但是该方法使用了光学带通滤波器，这使得系统的稳定性和频率可调谐范围受到了极大的限制。另外一种产生任意调制方式的脉冲压缩信号的方法是通过控制两个相干光波长的相位关系实现的，这样的方法需要通过偏振复用器件或者光学滤波器件将两个光波长在偏振域或空间域分开，再通过偏振调制或相位调制器对两个光波长引入受编码信号控制的相位差，然后将两个光波长耦合起来通过光电检测即可以生成任意调制方式的脉冲压缩信号。这种方法的缺点主要在除了使用产生两个相干光波长的光学调制器外，还需要使用光学滤波、相位调制或偏振调制等设备，造成系统复杂度较高，成本较高。上述方法生成相位编码信号均需要一个相应频率的微波本振信号，为了避免使用微波本振信号，一些研究将光电振荡器技术与相位编码信号生成技术结合在一起，利用光电振荡器产生的低相噪谐振信号作为载波生成相位编码信号，但这些方法往往基于多个调制器结构，光电振荡器与相位编码信号的生成在不同的光调制器中实现，造成系统结构复杂、成本较高等问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出了一种频率可调谐无本振相位编码信号光学产生装置及方法，使用单个光调制器结构实现无需本振信号的相位编码信号产生。

本发明为解决其技术问题采用如下技术方案：