[发明专利]光子辅助式数字雷达系统

说明书

技术领域

本发明涉及光子辅助式(photonic-assisted)数字雷达系统，并且更具体地，涉及配备了有源电子扫描天线(AESA)的多角色、多功能雷达，以下描述将在不失去普遍性的情况下提及该雷达。

背景技术

例如从US 5,117,239中已知的，雷达系统包括：天线，被配置为接收和发射RF(射频)信号；发射部，连接至天线并且被配置为产生RF信号并通过天线发射该信号；以及接收部，连接至天线并且被配置为从天线接收RF信号并处理接收到的RF信号，将其移至基带或中频，并将其转换为相应的数字信号，该数字信号之后被适当处理。

具体地，发射部包括：波形产生器(WG：waveform generator)，其被配置为产生由脉冲波形组成的调制信号；以及调制器，被配置为利用调制信号对载波进行调制并将由此生成的RF信号提供给天线用于发射。

接收部包括：模数转换器(ADC)，被配置为接收由天线接收的RF信号或相应的基带或中频信号并将其转换为数字信号；以及数字信号处理器(DSP)，被配置为接收并处理由模数转换器提供的数字信号，并对其进行适当的处理。

由天线接收的RF信号的模数转换包括通过适当的电子时钟装置提供的采样信号对RF信号进行采样。当前，能够达到的最大采样频率处于数GHz的数量级，其主要原因是模数转换器在其操作期间易受电磁干扰以及所使用的电装置的性能限制，因此这种类型的模数转换结构实际上对于需要数十GHz数量级的采样的那些应用并不都是可用的。

因此，已建议在接收部中使用电子模拟装置来代替数字装置。然而，这种方案并不实际，原因在于由电子模拟装置引入的非线性行为和高相位噪声导致雷达系统在信号接收以及相干数据处理方面的性能受限。

发明内容

本发明源自以下思想：使用雷达系统中已知的光子辅助式模数转换器，其中，将要被转换为数字信号的电模拟信号首先被转换为相应的光学信号，然后进行光学采样，接下来再转换为相应的电数字信号。

在这种类型的模数转换器中，电模拟信号对于由持续时间为皮秒(10^-12s)量级的光脉冲所组成的脉冲式光学载波进行调制，该调制是相当于电模拟信号的光学采样的操作，然后通过适当的电-光转换器装置(通常为光电二极管)将由此生成的光学信号转换为电数字信号。

在US 6,771,201中描述了光子辅助式模数转换器的示例。

本申请人由此已进行了深入研究，目的在于确定一种接收和发射部结构，该结构通过采用光子辅助式模数转换器的特征从而在整体上提高雷达系统的性能。

根据本发明，提供了一种光子辅助式数字雷达系统，其包括：有源电子扫描天线；发射部，连接至天线，并且被配置为产生RF信号并经由天线发射该信号；以及接收部，连接至天线，并且被配置为接收并处理与所接收的RF信号相关的电模拟信号。其中，发射部包括：波形产生器，其被配置为产生脉冲波形形式的电调制信号；以及调制器，被配置为接收电发射载波和电调制信号，并利用调制信号调制发射载波，以产生要经由天线发射的射频信号。其中，接收部包括：光子辅助式模数转换装置，其被配置为将电模拟信号转换为相应的电数字信号；以及数字信号处理装置，被配置为接收并处理电数字信号。其中，光子辅助式模数转换装置包括：锁模激光器装置，其被配置为产生光学时钟信号；以及电子模数转换装置。其中，电子模数转换装置、波形产生器、调制器以及数字信号处理装置被配置为基于各自的电时钟信号进行操作，该各自的电时钟信号基于光学时钟信号而产生。

附图说明

图1示意性示出根据本发明实施方式的光子辅助式数字雷达系统；

图2示意性示出在图1所示的光子辅助式数字雷达系统中使用的光子辅助式模数转换器；

图3示意性示出根据本发明实施方式制造的光子辅助式数字雷达系统的第一结构；

图4示意性示出根据本发明实施方式制造的光子辅助式数字雷达系统的第二结构；

图5示意性示出根据本发明实施方式制造的光子辅助式数字雷达系统的第三结构；

图6示意性示出根据本发明实施方式制造的光子辅助式数字雷达系统的第四结构；

图7示意性示出根据本发明实施方式制造的光子辅助式数字雷达系统的第五结构；以及

图8示意性示出根据本发明实施方式制造的光子辅助式数字雷达系统的第六结构。

具体实施方式