[发明专利]基于微波光子的多微波信号频率估计方法有效
| 申请号： | 202010510352.7 | 申请日： | 2020-06-08 |
| 公开（公告）号： | CN111698036B | 公开（公告）日： | 2021-06-08 |
| 发明（设计）人： | 蔡晶晶;王亚宁;李超;李鹏 | 申请（专利权）人： | 西安电子科技大学 |
| 主分类号： | H04B10/60 | 分类号： | H04B10/60 |
| 代理公司： | 陕西电子工业专利中心 61205 | 代理人： | 陈宏社;王品华 |
| 地址： | 710071*** | 国省代码： | 陕西;61 |
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| 摘要： | |||
| 搜索关键词： | 基于 微波 光子 信号 频率 估计 方法 | ||
1.一种基于微波光子的多微波信号频率估计方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)构建微波光子系统S：
构建微波光子系统S，包括接收天线单元R、第一马赫曾德尔调制器M1、第二马赫曾德尔调制器M2、激光信号源L、由并联的第一光学滤波器B1和第二光学滤波器B2组成的光学滤波器组B、由第三光学滤波器B3和光功率计W组成的载频信号测量单元C；所述M1的一个输入端与R的输出端相连，另一个输入端与激光信号源L级联，该M1的输出端与光学滤波器组B级联；所述M2的一个输入端通过微波时延线T与R的输出端相连，另一个输入端与光学滤波器组B的输出端级联，该M2的输出端与第三光学滤波器B3和光功率计W依次级联；其中：激光信号源L的光载波信号频率为f；
(2)接收天线单元接收多个已知频率的微波信号：
接收天线单元R接收N个已知频率且频率依次增大的微波信号相邻微波信号的频率间隔为Δf，其中，表示t1时刻R接收到的频率为的第n个微波信号，N≥1，Δf≥500MHz；
(3)第一马赫曾德尔调制器M1对微波信号和光载波信号进行强度调制：
第一马赫曾德尔调制器M1对R接收的每个已知频率的微波信号和激光信号源L输出的光载波信号vf(t1)进行强度调制，输出端得到N组一阶边带信号其中和分别表示频率为和的一阶边带信号；
(4)光学滤波器组B对一阶边带信号进行多次滤波：
光学滤波器组B对N组一阶边带信号分组依次进行N次滤波，具体为：当n＝1时，B1对第一组一阶边带信号中的进行滤波，B2对进行滤波，当n＝2…N时，B1对第n组及之前所有组的一阶边带信号中的及频率大于的一阶边带信号进行滤波，B2对及频率小于的一阶边带信号进行滤波，得到滤波后的N组一阶边带信号
(5)第二马赫曾德尔调制器M2对所接收的时延微波信号与经过B滤波后的信号进行强度调制：
第二马赫曾德尔调制器M2对R接收的N个微波信号经过微波时延线T后所形成的微波信号与经过B滤波后的的一阶边带信号进行强度调制，输出端得到强度调制后的N组输出信号，其中τ表示T所产生的时延；
(6)载频信号测量单元C测量载频信号光功率：
载频信号测量单元C中的第三光学滤波器B3对调制后的每组输出信号进行滤波，滤得N组频率为f的第一输出信号，并通过光功率计W测量每组滤波结果的载频信号光功率，得到N组载频信号光功率
(7)通过微波光子系统S获取强度调制频率待测微波信号的载频信号光功率：
(7a)接收天线单元R接收N个频率待测的微波信号v1(t2),v2(t2),…,vn(t2),…,vN(t2)，其中vn(t2)表示t2时刻R接收到的接收到的频率为fn的第n个微波信号；
(7b)M1对R接收的每个频率待测的微波信号vn(t2)和激光信号源L输出的光载波信号vf(t2)进行强度调制，输出端得到N组一阶边带信号vf-1(t2),vf+1(t2)；vf-2(t2),vf+2(t2)；…；vf-n(t2),vf+n(t2)；…；vf-N(t2),vf+N(t2)，其中vf-n(t2)和vf+n(t2)分别表示频率为f-fn和f+fn的一阶边带信号；
(7c)光学滤波器组B对N组一阶边带信号vf-1(t2),vf+1(t2)；vf-2(t2),vf+2(t2)；…；vf-n(t2),vf+n(t2)；…；vf-N(t2),vf+N(t2)分组依次进行N次滤波，具体为：当n＝1时，B1对第一组一阶边带信号中的vf-1(t2)进行滤波，B2对vf+1(t2)进行滤波，当n＝2…N时，B1对第n组及之前所有组的一阶边带信号中的vf-n(t2)及频率大于f-fn的一阶边带信号进行滤波，B2对vf+n(t2)及频率小于f+fn的一阶边带信号进行滤波，得到滤波后的N组一阶边带信号v'f-1(t2),v'f+1(t2)；v'f-2(t2),v'f+2(t2)；…；v'f-n(t2),v'f+n(t2)；…；v'f-N(t2),v'f+N(t2)；
(7d)令τ＝τ1,τ2,…,τl,…,τM，则M2接收的经过T延时的微波信号表示为：
A1(t2),A2(t2),…,Al(t2),…,AM(t2)
Al(t2)＝v1(t2+τl),v2(t2+τl),…,vn(t2+τl),…,vN(t2+τl)
其中τl表示对τ的第l次修改，M表示修改的次数，M≥3；
(7e)M2对T输出的微波信号A1(t2),A2(t2),…,Al(t2),…,AM(t2)分别与滤波后的N组一阶边带信号v'f-1(t1),v'f+1(t1)；v'f-2(t1),v'f+2(t1)；…；v'f-n(t1),v'f+n(t1)；…；v'f-N(t1),v'f+N(t1)进行强度调制，输出端得到强度调制后的M个N组输出信号；
(7f)载频信号测量单元C中的第三光学滤波器B3对强度调制后的M个N组输出信号中的每个N组输出信号进行滤波，滤得N组频率为f的第二输出信号，并通过光功率计W测量每组滤波结果的载频信号光功率，得到M个N组载频信号光功率：
P1，P2，…，Pl，…，PM
Pl＝pl1,pl2,…,pln,…,plN；
(8)获取待测微波信号的频率：
(8a)通过步骤(6)中得到的载频信号光功率计算光功率经验公式中常数的经验值On，则N组载频信号光功率对应的光功率经验公式中常数的经验值为O1,O2,…,On,…,ON，并将步骤(7f)中的pln和On的商作为比值数据Qln，再通过所有的比值数据Q1n,Q2n,…,Qln,…,QMn计算实际观测向量Yn，其中光功率经验公式中常数的经验值O1,O2,…,On,…,ON，以及实际观测向量Yn的计算公式分别为：
Yn＝[Q1n,Q2n,…,Qln,…,QMn]T
其中，∝表示正比，为微波信号的角频率，[·]T表示转置；
(8b)通过和对实际观测向量Yn进行重塑，得到消除噪声后的实际观测向量Y′n：
其中是(1-ρ)的稀疏表示系数矢量,表示维度为M×N的矩阵，
(8c)采用凸优化问题的公式，并通过Y′n计算待测微波信号vn(t2)的频率fn，其中凸优化问题的公式为：
其中||·||1表示1-范数，||·||2表示2-范数，ε表示任意小的数。
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