[发明专利]一种微波光子多频二进制相位编码信号产生装置和方法

说明书

本发明涉及一种微波光子多频二进制相位编码信号产生装置和方法，属于微波信号产生技术领域。该多频二进制相位编码信号产生装置包括激光器、偏振控制器、双驱动马赫‑曾德尔调制器、编码信号发生器、基带信号放大器、微波信号发生器、直流电源及光电探测器；激光器输出的单频光信号在双驱动马赫‑曾德尔调制器处被编码信号发生器产生的编码信号及微波信号发生器产生的微波信号调制，通过控制微波信号的幅度、编码信号的幅度及调制器的偏置点，在光电探测器处生成多频二进制相位编码信号。本发明装置及方法简单，可以实现多频二进制相位编码信号的产生。

技术领域

本发明涉及微波信号产生技术领域，尤其是一种微波光子多频二进制相位编码信号产生装置和方法。

背景技术

随着雷达技术的不断发展以及人们对雷达作用距离、分辨能力和测量精度等要求的不断提高，传统的单载频矩形脉冲雷达已经越来越难以满足需求，为了解决测距精度、距离分辨率和作用距离的矛盾，出现了新型的脉冲压缩雷达。

脉冲压缩雷达通过发射宽的脉冲以提高发射信号平均功率、保证雷达系统的测速精度、速度分辨率和足够的作用距离，而在接收端采用脉冲压缩的方法获得窄脉冲，实现高的测距精度和距离分辨率，解决了传统单载频矩形脉冲雷达难以兼顾作用距离和分辨能力的问题。常用的脉冲压缩信号包括相位编码信号、线性调频信号以及非线性调频信号，其中相位编码信号因其产生简单是现代脉冲压缩雷达常用的一种脉冲压缩信号。微波相位编码信号可以通过电子学的方法产生，但基于电子器件的方法受电子器件的工作频率和工作带宽限制，难以实现高频率、大范围频率可调谐的相位编码信号生成，因此难以满足雷达系统未来向高频段、多功能发展的需求。另外，现代多波段雷达需要雷达信号源具备同时产生多个不同频率相位编码信号的能力，这也是传统电子技术难以实现或实现成本较高的地方。

为了解决脉冲压缩雷达系统中脉冲压缩信号产生面临的上述技术难点，人们开始通过微波光子技术借助光信号大带宽、高频率、无电磁干扰等优秀特性实现雷达脉冲压缩信号的生成。早期的相位编码信号光学生成方法是通过空间光调制器和光信号自由空间传输实现的(J.McKinney,D.Leaird,and A.Weiner,Opt.Lett.27,1345(2002))，该方法具有很强的可重构性，可以生成包括相位编码信号、线性调频信号在内的多种雷达脉冲压缩信号，但是由于采用了自由空间光学传输，系统十分复杂且体积庞大，难以被广泛应用。基于全光纤的脉冲压缩信号光学生成方法可以克服上述方法的缺点，如微波相位编码信号可以通过光谱整形和频域到时域映射的方法生成(A.Weiner,Opt.Commun.284,3669(2011))，但是基于该方法产生相位编码信号需要对每一个不同的信号设计不同的光谱整形器，系统的可重构性较差，另外基于该方法产生的相位编码信号的时间长度往往被限制在1微秒以内，以上两点限制了其应用范围。基于光外调制的方法生成相位编码信号可以克服上述方法在可重构性和生成信号时间长度上的缺点，一系列的相关研究在最近几年被广泛的开展，基于单个偏振调制器(Y.Chen,A.Wen,and J.Yao,IEEE Photon.Technol.Lett.25,2319(2013))、单个马赫-曾德尔调制器(Z.Tang,T.Zhang,F.Zhang,and S.Pan,Opt.Lett.38,5365(2013))、单个双平行马赫-曾德尔调制器(W.Li,L.Wang,M.Li,H.Wang,and N.Zhu,IEEE Photon.J.5,5501507(2013))的相位编码信号生成方法被提出。上述方法虽然产生的相位编码信号可以大范围频率调谐，但是难以实现多个不同频率的相位编码信号的同时生成，为了解决这一问题，P.Ghelfi等人提出了一种基于变频实现多频相位编码信号同时生成的装置(P.Ghelfi,F.Scotti,F.Laghezza,and A.Bogoni,IEEE J.QuantumElectron.48,1151(2012))，该方法首先在电域生成低频的相位编码信号，再通过微波光子学的方法将其同时上变频到多个不同的频率上，从而实现了多频相位编码信号的产生。但该方法中低频相位编码信号仍在电域生成，其信号带宽仍受到电子瓶颈的限制。为了实现全光多频微波相位编码信号的生成，D.Zhu等人提出了基于多频光源、偏振调制、平衡探测的多频相位编码信号产生方法，(D.Zhu,W.Xu,Z.Wei,and S.Pan,Opt.Lett.41,107(2016))，D.Wu等人提出了基于多频光源、双输出强度调制、平衡探测的多频相位编码信号产生方法(14.D.Wu,et.al.,Opt.Exp.25,14516(2017))，但相关报道仅实现了两路不同频率相位编码信号的生成，且这两种多频相位编码信号产生方法均基于多频光源和平衡探测，实现成本较高。