[发明专利]基于偏振复用光学倍频微波光子相干雷达收发装置及方法

说明书

本发明公开基于偏振复用光学倍频微波光子相干雷达收发装置及方法，在一个光学倍频链路中，利用偏振复用方式同时实现不同带宽、不同时宽的发射信号和去谐本振产生，相比同时宽、同带宽信号输出，能够实现连续的距离检测。同时该发明中两个DDS(直接数字频率合成)基于同一个时钟基准，可以在数字域进行延时设计和捷变，不需要光域延时，避免光延迟瓶颈对系统性能的影响。

技术领域

本发明涉及一种基于偏振复用光学倍频微波光子相干雷达收发装置及方法，特别是一种基于偏振复用光学倍频的微波光子相干雷达收发装置，属于微波光子信号处理技术领域。

背景技术

随着空间宽带通信、雷达和电子侦察等卫星载荷技术发展，需要传输和处理的信号带宽越来越宽。雷达系统作为空间电子侦察的重要手段，为了提高其作用距离和分辨率等性能参数，需要进一步降低雷达信号噪声，提高雷达信号的频率、带宽和稳定性。这对传统微波信号生成及信号处理方法而言，具有很大的实现难度。而微波光子技术由于具有宽带宽、高灵活性和高稳定性等特点，在微波信号生成及微波信号处理方面具有很好的技术优势，具有非常重要的应用前景。

常见的微波光子相干雷达信号收发典型方法有以下几种：

方法一：DDS光学倍频+光学去斜。发射端利用DDS产生中频、窄带线性调频信号，然后通过光学倍频实现高频、宽带线性调频信号输出，输出信号分为两路，一路光电探测后经过射频放大和天线发射出去，另一路作为本振信号提供给接收端；接收端得到的电回波信号调制在光本振上，与光本振信号在光域完成去谐处理，经光电探测输出窄带中频信号，经过低速ADCDSP完成数字信号处理。

方法二：DDS光学倍频+光学下变频。发射端实现过程与方法1相同，区别在于接收端采用光学下变频方式，将接收到的高频。宽带回波信号下变频至零频或中频，通过高速ADCDSP直采完成数字信号处理。

方法三：扫频激光+光学下变频。发射端控制激光器的驱动电流，周期性改变输出波长实现扫频，经过分路延时和频移后光电转换输出雷达线性调频信号。接收端下变频至零频或中频，通过高速ADCDSP直采完成数字信号处理。

方法四：锁模光脉冲预啁啾+频率压缩。发射端利用光脉冲的波分复用和时间展宽实现线性调频信号产生；接收端对回波信号在光域进行光谱压缩，光电探测后经过低速ADCDSP完成数字信号处理。

比较以上几种典型方法，方法一和方法二在已有雷达收发技术基础上，利用光子大带宽优势通过光学倍频和光学去斜完成雷达收发功能，能够实现载频范围覆盖C频段-Ka频段，带宽1GHz-8GHz的线性调频信号收发，与现有雷达系统兼容性更高，其中方法一在接收端采用去斜处理，降低后端对ADC速率要求，适应性更广。

方法三和方法四舍弃传统DDS产生线性调频信号的方法，采用全光处理方法，通过控制光信号扫频或光脉冲展宽及压缩完成线性调频信号收发，适应带宽更宽(几十个GHz)，但精细控制较差，且时宽过大(扫频激光方式下时宽亚毫秒级)或过小(锁模光脉冲方式下时宽纳秒级)，限制其进一步发展。综合比较，方法一采用的“DDS光学倍频+光学去斜”实际性能和适应性更高，为目前的主流实现方案。该方法在使用过程中仍会遇到以下问题：

首先，回波信号与本振信号来自同一个光学倍频链路，具有相同的时宽和带宽，每次去斜只能完成目标的单点测量，需要通过控制输出延时实现多点测试。

其次，光学去斜前，需要对本振信号进行光学延迟，以便和回波信号时间同步，而现有光学延时技术延迟量较小(皮秒/纳秒级)，且捷变较差，限制其实际推广。

为解决以上问题，有方案提出采用两个光学倍频链路分别实现发射(回波)信号及本振信号产生，其中二者初相相同，本振信号时宽和带宽略大。但是，发射信号和本振信号经过不同的光学倍频链路，使得两个链路信号不相干，需要额外增设光学锁相，增加系统复杂度。

发明内容