[发明专利]基于双平行调制器的双啁啾倍频信号产生装置及其方法

说明书

本发明公开了一种基于双平行电光调制器的双啁啾倍频信号产生装置及其方法，涉及微波光子学和雷达领域。该装置中，双平行电光调制器由一个相位调制器和两个分别集成在相位调制器上下两臂的强度调制器组成；连续光激光器，偏振控制器，双平行电光调制器，光电探测器，通过光纤顺次相连，光电探测器和带通滤波器通过射频线缆连接；分别向两个电光强度调制器输入电信号；从带通滤波器的输出端得到频率和带宽加倍的双啁啾输出电信号。本发明采用载频为C，带宽为B的单啁啾信号和载频为4C的微波信号可以产生载频为2C，带宽为2B的双啁啾信号。该装置能产生大带宽的双啁啾脉冲雷达信号，具有结构简单、易集成等优点，能有效提高雷达系统的距离分辨率。

技术领域

本发明涉及雷达领域，具体涉及一种采用光子学的方法去实现具有高载频和大带宽的双啁啾脉冲雷达信号产生。

背景技术

线性啁啾波形作为一种时间带宽积大于1的信号，能通过脉冲压缩来增加距离分辨率，因而在雷达系统中得到了广泛的应用。然而，由于刀口型模糊函数的存在，当测量的目标具有较大的速度时，目标移动所产生的多普勒频移会引起雷达测距误差，形成距离-多普勒耦合效应。双啁啾波形，在相同的脉冲时间段内包含带宽相同的上啁啾波形和下啁啾波形被提出应用于雷达系统中，能消除单啁啾波形在测量高速物体时产生的距离-多普勒耦合效应，以此来进一步提高雷达的距离分辨率。另一方面，在一定的脉冲时间段内，更大带宽的啁啾信号具有更大的时间带宽积，能提高雷达系统的距离分辨率。但是，电子器件的带宽限制使得用电学的方法产生高载频、大带宽的双啁啾波形十分困难。因此，采用光子学的方法来产生具有高载频、大带宽的双啁啾波形成为一种潜在途径，且具有实用价值。

双啁啾波形作为一种宽带雷达信号在2003年由K.Iwashita等人提出来提高系统的多普勒频移测量精度。

D.Zhu and J.P.Yao,“Dual-chirp Microwave Waveform Generation Using aDual-Parallel Mach-Zehnder Modulator”,IEEE Photonics Technology Letter,2015,27(13):1410-1413中首次提出了基于光子学的方法用双平行调制器来产生双啁啾信号。通过理论和实验验证了通过使用双平行调制器产生双啁啾信号的可能。在该方案中，连续光注射进入双平行调制器中，在调制器的两个射频输入端口分别输入一个单频微波信号和一个基带单啁啾信号，经过光电探测器实现光电转换和高通滤波器后，得到中心频率为输入微波信号频率，带宽为基带单啁啾信号带宽的双啁啾信号。将该信号应用于雷达系统中能显著降低距离-多普勒耦合效应。但是，该方案产生的双啁啾信号其载频和带宽与输入信号的一致，因此对于高载频、大带宽的双啁啾信号产生仍旧受限于输入信号的载频和带宽。

X.Xu,T.Jin,H.Chi,S.Zheng,X.Jin,X.Zhang,“Photonic Generation of Dual-chirp Waveforms With Improved Time-bandwidth Product”,IEEE PhotonicsTechnology Letter,2017,29(15):1253-1256中提出了基于级联调制器的方案来实现双啁啾信号的产生。在该方案中，连续光注射进入第一个调制器，通过调制上一个单频微波波形，偏置在最低点，实现载波抑制调制。第一个调制器输出的光载波注射进入第二个级联的调制器中，通过调制上一个单啁啾波形，偏置在最高点，偶次阶谐波被抑制，经过光电探测器和匹配的带通滤波器后，载频和带宽变为输入单啁啾波形四倍的双啁啾波形产生。该方案产生了上变频的双啁啾信号，但是产生的双啁啾信号其上啁啾部分和下啁啾部分的幅度不一致。

发明内容

本发明提供一种采用光子学的方法去产生载频和带宽加倍的双啁啾波形，应用于雷达系统中能有效降低系统的距离-多普勒耦合效应，解决了已有方案中产生的双啁啾信号载频和带宽受限于输入信号的问题和产生的双啁啾信号中上、下啁啾幅度不一致的问题。

本发明解决其技术问题所采用的方案如下：