[发明专利]连续光二次函数相位调制产生线性频率调制电信号的方法

说明书

本发明提供了一种连续光二次函数相位调制产生线性频率调制电信号的方法，包括以下步骤：通过无源积分器对三角波或锯齿波进行积分产生二次函数型电信号；使用加载二次函数型电信号的光相位调制器，对连续光的相位进行二次函数型调制，从而产生线性频率调制的光信号；将光信号与一个固定频率的连续光在光电探测器上进行拍频，最终产生线性频率调制电信号。本方法结构简单，可产生大带宽的FMCW信号，可方便地通过改变放大器的增益系数或者被积分信号的重复频率调整FMCW信号的带宽；可通过调节连续光波长改变拍频后产生的FMCW信号的工作波长，实现连续波雷达信号的捷变可调。

技术领域

本发明涉及光学技术领域中的调制技术领域，尤其涉及一种连续光二次函数相位调制 产生线性频率调制电信号的方法。

背景技术

频率调制连续波(FMCW)是一种振荡频率随时间变化的电磁波信号，这种信号常用于雷达中。不同于脉冲型雷达，使用FMCW作为探测信号的雷达属于连续波雷达。连续 波雷达的主要优势在于信号能量是连续发射的而不是脉冲形式，峰值功率低，使得雷达发 射机容易使用固态器件实现，无脉冲辐射具有高峰值功率安全性。这一特点使得连续波雷 达容易小型化集成化。现在连续波雷达常用于中短距离的测量使用：在军事中常用于引导 半自动追踪型导弹，比如美国AIM-7型麻雀空对空导弹和RIM161舰载反弹道导弹；在民 用中多见于自动驾驶车辆的车载雷达[1]，比如德国博世(Bosch)公司的24GHz毫米波雷达 和77GHz毫米波雷达。这些雷达系统中最常见的信号调制模式即是频率调制(FM)，因为 FMCW雷达具有可同时测量多个目标，可同时测量目标速度和距离，分辨率较高，信号处 理复杂度低，成本相对低廉等优势，而其中最为关键的指标就是分辨率。FMCW雷达可以 在测量期间改变其工作频率，频率变化方式一般为线性频率调制，即三角波扫频或锯齿波 扫频，可以工作在连续发射或等幅脉冲发射状态，其距离测量是通过将接收信号的频率与 参考信号进行比较实现的，而其距离分辨率(δz)是由信号带宽(B)决定的(公式1)[2]

公式(1)中c代表光速。从公式(1)中可以看出，发射信号的带宽越大可实现的距离分辨率越高，从而获得更精确的距离测量结果。除此之外，从雷达设计的角度来看还有角度分辨率(δθ)和速度分辨率(δv)，其精度分别与雷达信号的工作波长(λ)，雷达口径 (D)和相干接受长度(τ)有关，公式(2)[2]。

从公式(1)和(2)中可以看出，为了提高雷达分辨能力，发射信号需要使用宽带宽、高频率的FMCW信号。比如距离分辨能力达到1mm，发射信号的带宽必须大于150GHz， 这样宽的频率调制信号很难用纯电学方法产生，一般都要采用光子学方法。但是到目前为 止，还没有一种光子学方法能同时产生频率调制速率可控的、高线性度的及宽扫频范围的 FMCW信号。目前现有的或已经发表的用于产生FMCW信号的方案中采用的光源主要分 为两类，一种是连续光光源，另一种是脉冲光光源。