[发明专利]一种微波光子雷达通信一体化系统及方法

说明书

本发明属于雷达通信一体化技术领域，尤其涉及一种微波光子雷达通信一体化系统及方法。本发明系统在一个具有选模、放大和光纤储能器件的传统OEO中插入光多维度调控模块，对光的频率、相位、幅度、偏振四个维度，进行灵活高速的控制和充分的复用，在射频频段实现雷达通信功能相对独立的并行融合。本发明方法利用OEO提供射频本振，优化了一体化信号的相位噪声，解决了对于高频外部源的依赖问题；通过在OEO环路中对光进行多维度调控和复用，解决了高速通信带来的雷达距离模糊问题。本发明方法可实现的雷达和通信性能为：最大探测距离通信容量距离分辨率可灵活改变M、N、τ的数值进行性能优化，更好地满足不同应用场景下对于雷达和通信性能的需求。

技术领域

本发明属于雷达通信一体化技术领域，尤其涉及一种微波光子雷达通信一体化系统及方法。

背景技术

随着智能交通概念的兴起，车辆在对环境进行高精度检测的同时，需要与其他合作平台进行即时信息交互。在降低系统功耗和硬件冗余的必要性推动下，在雷达和通信的工作频率、硬件结构趋于一致的可行性支持下，于同一平台实现雷达和通信的功能集成和协同共存成为一个研究热点。近年来，众多基于时分、频分、空分、码分等思想的雷达通信一体化系统结构被提出，核心均是对不同类型的资源进行分配和复用，不可避免地会产生干扰，影响性能。而共用波形是通过信号设计和数字处理，对二者进行软件层面的融合和解耦，互不干扰，且效率最大化。一体化共用波形需要同时满足雷达高分辨以及通信高速有效的需求，但由于电子瓶颈的限制，数模转换器产生的信号不能覆盖高频和大带宽，影响了雷达的分辨率。电子倍频会恶化相位噪声，影响通信质量和接收机灵敏度。电缆传输的高损耗和电磁干扰对于智能城市网络的大范围覆盖也是一个挑战。微波光子学将光域的高频、大带宽、电磁干扰免疫等优势引入了电子领域，为高质量的一体化信号产生提供支持。

在现有的微波光子雷达通信一体化系统中，通过级联电光调制将通信功能嵌入在传统雷达脉冲波形中，破坏了两个功能彼此之间的独立性，使得雷达和通信性能之间存在折衷。同时，为满足现有汽车雷达的频段要求，利用一个外部微波源作为本振，将一体化信号进行上转换是必不可少的。但这增加了系统的成本和复杂性，额外引入的相位噪声使得一体化性能恶化，同时也导致系统无法完全脱离电瓶颈的限制。光电振荡器(Optoelectronic Oscillator，简称OEO)是光子技术在微波振荡信号产生领域的一个典型应用，光电混合的谐振腔提供了高Q值、低相位噪声和光电双输出的特性，可以通过光域的宽带高速多维度调控，实现相应的射频信号输出。因此已有一体化系统技术中存在通信和雷达之间的性能折衷以及对于高质量外部微波源的依赖，影响了系统的成本、复杂度和联合工作性能。

发明内容

本发明的目的是提出一种微波光子雷达通信一体化系统及方法，利用OEO提供射频本振，优化了一体化信号的相位噪声，以解决已有技术对于高频外部源的依赖问题；通过在OEO环路中对光进行多维度调控和复用，解决高速通信带来的雷达距离模糊问题。

本发明提出的微波光子雷达通信一体化系统，包括：激光源，光多维度调控器、光耦合器、偏振分束器、平衡探测器、长光纤、光电探测器、放大器、滤波器、电耦合器、正交混频器、发射天线和接收天线；其中所述的激光器、光多维度调控器、长光纤、光电探测器、放大器、滤波器和电耦合器组成光电振荡器；