[发明专利]基于时分-差频复用的微波光子MIMO雷达探测方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于时分‑差频复用的微波光子MIMO雷达探测方法，首先将调制光信号分为两路，一路调制光信号经光电转换后送入包含M个输出端口的射频开关，控制开关时序使发射天线阵列依次发射；将另一路调制光信号解波分复用分为N路，以其中第一路为参考，其余路光信号依次增加整数倍时延；以延时后的N路光信号分别对目标反射信号进行光域的接收得到N路接收光信号并合为一路，经光电转换后得到携带目标信息的中频信号，对此信号进行处理，得到探测目标信息。本发明还公开了一种基于时分‑差频复用的微波光子MIMO雷达探测系统，通过时分复用信号发射及差频复用信号接收技术，能够在降低雷达系统复杂度及成本的同时提高雷达系统角分辨率。

技术领域

本发明涉及一种雷达探测方法，尤其涉及一种采用微波光子时分-差频复用辅助技术的MIMO（Multiple-Input Multiple-Output，多输入多输出）雷达探测方法及系统。

背景技术

多输入多输出作为一种有效提高雷达工作孔径，可实现多维目标信息获取的技术，广泛应用于雷达探测中（参见[A. Frischen, J. Hasch, C. Waldschmidt, ACooperative MIMO Radar Network Using Highly Integrated FMCW Radar SensorsIEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. 65, no. 4, pp.1355-1366, 2017.]）。然而电子链路窄带响应及高损耗极大地限制了其在宽带探测场景中的应用。得益于微波光子技术的快速发展以及其大带宽、低传输损耗、抗电磁干扰等特性，为传统雷达克服电子瓶颈问题，改善提高技术性能，提供了新的技术支撑，成为下一代雷达的关键技术（参见[J. Yao, Microwave Photonics, Journal of Lightwave Technology, vol. 27, no. 3, pp. 314-335, 2009.]）。例如，一种基于微波光子技术的频分复用MIMO雷达已详细研究了微波光子技术及MIMO技术带来的雷达系统性能提升（参见[F. Zhang, B. Gao, and S. Pan, Photonics-based MIMO radar with high-resolution and fast detection capability, Optics Express, vol. 26, no. 13,pp. 17529-17540, 2018.]）。但频分复用因为频率资源有限，系统通道数受限，从而限制了系统的等效孔径大小。此外一种基于微波光子时分复用MIMO雷达采用发射信号时域分级实现发射信号的正交（[F. Berland, T. Fromenteze, D. Boudescoque, P. Bin, H.Elwan, C. Berthelemot, C. Decroze, Microwave Photonic MIMO Radar for Short-Range 3D Imaging, IEEE Access, vol. 8, pp. 107326-107334, 2020.]）。虽然该方法提高了雷达系统的频带利用率，但雷达信号产生与接收由独立功能模块实现，且光链路只实现了接收信号的传输，仍需高速光电探测器及高速模数转换器实现信号的光电转换及采集，导致系统实时处理能力受限。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提出一种新的探测思路，将微波光子时分复用与差频复用技术相结合，在MIMO雷达发射端采用时分复用技术提高雷达系统频带利用率，在MIMO雷达接收端采用差频复用技术实现接收通道的融合一体化光电转换、低通滤波及数字采集。基于两种技术的优势，在保证雷达系统频带利用率及性能的同时，大幅降低雷达系统的系统复杂度及制造成本。

本发明具体采用以下技术方案：