[发明专利]一种基于混沌激光的超宽带微波光子远程测距雷达装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种雷达远程测距、远程传感和实时监控装置，尤其是一种利用超宽带混沌信号实现远程精确定位和远程传感的雷达装置。

技术背景

二战以来，雷达在航空、航天、交通运输、气象预报、大地测量及军事上发挥着越来越重要的作用。雷达作为获得空间信息的重要手段，在现代战场和灾区废墟中，有着举足轻重的作用。而在民用领域，环境监控、医疗监控、车载雷达、智能家居以及高精度定位等领域也有很好的应用前景。

在雷达设计中，雷达的波形设计是雷达总体设计的重要内容之一。雷达的波形决定了雷达体制、信号的产生设计和最佳接收信号处理方法等。如果雷达采用的是复杂度较低的确定性雷达波形，就极易被敌方截获，而采用复杂度高的、具有“图钉型”模糊函数的超宽频带随机波形，就能得到极低的被截获概率和极强的抗干扰性能。混沌是确定性的非线性动力系统中产生的类随机的现象，它具有长期不可预测性、对初值的敏感性、存在奇异吸引子等特殊的性质，形状与噪声很像似，它反映了非线性系统的内在随机性，呈现出极强的抗干扰性能。而且混沌信号是类噪声信号，相比于随机噪声雷达，混沌信号在本质上的确定性，使得混沌雷达波形的产生结构简单、统计特性及轨迹容易控制，在实际使用中比直接采用随机信号比如噪声信号具有更大的优势。所以关于混沌无线通信系统以及混沌源随机信号雷达装置方面的研究也为国际上各科研机构所高度关注。

2007年，冉立新小组提出了一种利用混沌信号和混沌同步的超宽带雷达系统（S. Qiao, Z. G. Shi, K. S. Chen, W. Z. Cui W. Ma, T. Jiang and L. X. Ran, “A new architecture of UWB radar utilizing microwave chaotic signals and chaos synchronization”, Progress In Electromagnetics Research, PIER 75, 225–237, 2007.  和 Z. G. Shi, S. Qiao, K. S. Chen, W. Z. Cui, W. Ma, T. Jiang and L. X. Ran, “Ambiguity functions of direct chaotic radar employing microwave chaotic chaotic Colpitts oscillator”, Progress In Electromagnetics Research, PIER 77, 1–14, 2007.）。将微波混沌振荡器产生的混沌信号直接作为雷达的信号，通过混沌同步实现目标反射信号的恢复。系统的仿真结果显示，该混沌雷达系统产生的信号的基本频率达到了1.6GHz，而且该系统有良好的抗干扰性能：在信噪比低于-20dB的情况下，系统仍然可以正常工作。但是，如果直接在电域产生和调制超宽带微波信号，无论是传统的技术还是用微波混沌振荡器产生的混沌信号的方法，全都面临着同样的问题：受限于电子瓶颈，无法直接在电域产生和调制更高频带（毫米波或近毫米波段）、更高带宽的超宽带微波信号。而利用相关法实现测距的混沌超宽带测距雷达的分辨率决定于超宽带信号的带宽，因此在电域产生的超宽带信号将大大限制测距雷达系统的空间分辨率。