[发明专利]双光梳多倍频因子频谱扩展调频信号产生系统及实现方法

说明书

本发明提供了一种双光梳多倍频因子频谱扩展调频信号产生系统及实现方法，激光器和直接数字合成器为倍频模块中提供光载波和线性调频信号，倍频模块实现电信号的光电转换及倍频，光频梳模块生成五线光频梳，五路光信号分别注入到五个并联的PD中进行光电探测，对得到的电信号进行频谱拼接，即可实现10/20倍频的线性调频信号频谱扩展。本发明有效地实现高频率、大带宽线性调频信号的产生，并且具有结构简单，频率捷变和通道干扰小的特点；采用了最新的微波光子学技术，融合了多倍频和光频梳技术，拓展了原始电线性调频信号载频和带宽的范围，显著降低了对电线性调频信号频率和带宽的要求。

技术领域

本发明涉及雷达探测领域，尤其是一种频谱扩展调频信号产生系统及实现方法。

背景技术

线性调频信号具有瞬时带宽大、距离分辨率和运动目标检测特性高的优点，在脉冲压缩雷达和电子战系统具有广泛的使用。使用持续时间较长的宽带线性调频信号，能够以较小的峰值功率，传输更大的能量，避免脉冲雷达中发射机中功率饱和的问题，减小对系统复杂度的要求。因此，使用宽带线性调频信号可以获得更远的探测距离，更高的空间分辨率，以及更低的拦截和干扰概率。传统的基于直接数字合成(DDS)的线性调频信号产生方法受电子器件频率依赖性的限制，生成高频率、大带宽的线性调频信号(一般频率＜10GHz，带宽＜2GHz)，往往需要多次混频和滤波，造成系统结构复杂、信号质量恶化，并且存在成本高、可重构性差、功率效率低和尺寸重量大的缺点，严重制约了雷达系统的探测精度和分辨能力。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种双光梳多倍频因子频谱扩展调频信号产生系统及实现方法。传统的基于直接数字合成(DDS)的线性调频信号产生方法受电子瓶颈的限制，生成的线性调频信号频率一般低于10GHz，带宽低于2GHz，并且存在结构复杂、价格高昂、效率低和尺寸大的缺点。为了解决该问题，本发明利用光频梳和多倍频技术，实现了线性调频信号10/20倍频谱扩展，降低了对DDS生成信号的频率和带宽要求，具有结构简单、易于实现、可重构和干扰小的优点。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种双光梳多倍频因子频谱扩展调频信号产生系统，包括激光器、直接数字合成器(DDS)、倍频模块、光频梳模块和频谱扩展模块，激光器和直接数字合成器为倍频模块中的马赫-曾德尔调制器(MZM)提供光载波和线性调频信号，DDS的输出端口为a点；倍频模块实现电信号的光电转换及倍频，调节MZM直流端口的偏置电压，使MZM工作于载波抑制模式下，将输入的线性调频信号调制到光载波的1阶或2阶光边带上，从而PD后产生2/4倍频信号，倍频模块的输出端口为b点；光频梳模块生成五线光频梳，倍频模块输出的光信号首先输入到阵列波导光栅(AWG1)中进行波长分离，AWG具有波长解复用的功能，从而将光信号中波长不同两个边带分离出来；AWG1的两个输出端口分别标记为c点和d点，AWG1输出的两路光信号分别注入到光频梳模块中的X-MZM和Y-MZM，然后，调整本振信号的输入功率和MZM的直流偏置电压，使输出的光载波、±1阶和±2阶光边带的功率相等，从而实现五线光频梳的产生，X-MZM的输出端口标记为e，Y-MZM的输出端口标记为f；频谱扩展模块实现光信号的光电转换及频谱拼接，频谱扩展模块中AWG2的功能与AWG1类似，用于对五线光梳信号进行波长分离，从而在AWG2的五个输出端口得到五路不同波长的光信号，分别用g、h、i、j、k标记；五路光信号分别注入到五个并联的PD中进行光电探测，对得到的电信号进行频谱拼接，即可实现10/20倍频的线性调频信号频谱扩展。

所述双光梳多倍频因子频谱扩展调频信号产生系统的实现方法，包括如下步骤：

步骤1：激光器输出的光信号和DDS输出的线性调频信号分别表示为：和S(t)＝V_Ssin(ω_St+kπt²)；其中，E_c是光载波的电场强度，ω_c光载波的角频率，V_S、ω_S和k分别是线性调频信号的幅度、角频率和啁啾斜率；