[发明专利]一种基于微波光子的超宽带接收机的装置及设计方法

说明书

本发明公开了一种基于微波光子的超宽带接收机的装置及设计方法，通过光波分复用技术将光控波束合成和光信道化功能模块通过光传输连接起来，实现了光域处理微波射频信号宽带接收的过程。本发明中不同天线列的微波信号被调制到不同波长的光载波上，通过光波长切换选择不同的延时路径实现不同的波束指向；通过多波长光频率梳实现携带不同列路的射频信号信息并直接光传输进入到微波光子信道化模块中去，在模块中通过解波分复用将不同波长光分配到不同的信道化单元中去，通过不同的信道化单元获取到对应列的中频信道化信号，并最终合束到一起，实现了波束合成的目标。本发明的微波光子超宽带接收机装置，具有大的实时处理带宽和大动态范围。

技术领域

本发明属于微波光子技术、相控阵侦测雷达技术领域。

背景技术

现代战场中的雷达调制方式复杂、多变，宽带、超宽带雷达大量装备，电磁信号日益密集。因此要求电子侦测雷达具备大瞬时带宽、高灵敏度、大动态范围等特点，并且能够辨识同时到达的多信号。针对上述实时侦察需求，目前采用相控阵移相实现波束扫描、模拟信道化和数字信号处理相结合实现信道化的传统电子方法，受限于电子电路器件的带宽损耗泄露干扰等因素，高频段的变频效率较低，信号噪声较大；此外，亦缺少对应的宽频带的器件，并且频率的平坦性得不到保证。为了满足宽带高频的要求，人们提出了基于微波光子技术的相控阵侦测雷达接收机，用于实现光控波束形成和光信道化的功能，从而替代传统电子方法。

典型的光控波束形成的方法是用真时延替代移相，实现光控真延时波束形成。具体实施方式有以下几种：基于改变光路径长度、基于色散原理、热调谐光微环谐振器等。各种光真延时方案各有利弊，大多不能同时在系统瞬时带宽、多波束复用等方面具有优势，且可重构性和拓展性较差：基于光开关网络选择光纤物理长度的方式，随着系统阵元数目和发射接收波束数目的增多，器件数目急剧增加，系统结构复杂、体积增大，且由于开关同时控制所有波长，系统难以独立控制多个波束；基于色散原理的波束形成网络需要昂贵且难以实现的可调激光器阵列，对激光器波长稳定性要求较高；延时的同时伴随着由色散效应引起射频信号的衰减，且色散越大（可提供的最大真延时越大），带宽越小，限制了系统的瞬时带宽。

微波光子信道化接收机在光域将宽带的接收信号分割到多个窄带的处理信道中，然后对每个窄带信道中的接收信号进行光电探测和信号处理。相比传统信道化接收机，微波光子信道化具有较强的抗电磁干扰能力、较大的承载带宽和瞬时带宽、极低的传输损耗等显著优势。而且信道化本质上是1个多通道并行处理系统，而光域丰富的光谱资源和灵活的复用手段（例如波分复用）与此不谋而合。微波光子信道化的实现原理大致可以分为以下2类，基于频谱切割的信道化接收机和基于多通道变频的信道化接收机。

需要注意的是，目前已报道的研究仍然集中在单一的光控波束形成和光信道化功能的实现上，对超宽带接收机整体构架的设计上仍然局限于如图1所示的处理流程中，在每个功能上需经历一次电光电的转换，两者之间通过电缆连接，这方式既不利于发挥全光处理的优势，又因多次电光电转换过程制约了系统的动态范围，限制了其在实际雷达系统中的应用，需寻求全光的处理方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种基于微波光子的超宽带接收机装置及设计方法，实现宽带射频信号光域的处理，包括光控波束形成和光信道化处理两部分功能。该方法在光域实现了超宽带雷达信号的真延时控制和瞬时多通道窄带接收。