[发明专利]一种二维全孔径增益光学发射多波束形成系统

说明书

本发明公开了一种二维全孔径增益光学发射多波束形成系统，所述二维全孔径增益光学发射多波束形成系统包括：K个激光器，K个光电转换器，K个波分解复用器，K组方位可调光延迟器，K个波分解复用器，K个1：N光功分器，K组俯仰可调光延迟器，K组波分解复用器，N组波分复用器，N组光电转换器，本发明系统架构设置利用光学编码特性，从架构上对多波束形成方法进行了优化，实现了灵活扫描的二维全孔径增益光学发射多波束形成，克服了现有发射多波束在同时全孔径增益多波束、超宽带、宽空域覆盖、灵活扫描、资源开销小之间相互制约的矛盾。

技术领域

本发明属于光学技术领域，尤其涉及一种基于波长编码的二维全孔径增益光学发射多波束形成系统，适用于宽带雷达、电子对抗和通信等系统的信号发射。

背景技术

多波束形成技术已经广泛应用于雷达、电子对抗及5G通信系统中，它是对不同方向到达的信号用不同的权系数矢量对各阵元的输出进行幅度和相位加权，使得同一目标信号同相相加，获得某一方向上的最大输出。其中，同时接收多波束技术已经相对比较成熟，但是在发射多波束方面，如何在不损失增益的情况下，如何实现具备独立、灵活扫描能力的同时多个发射波束，仍然是一个难题。

目前的技术体制中，能够实现发射多波束的主要有部分孔径发射多波束、Butler矩阵、发射DBF、发射透镜多波束和光学发射多波束[1-3]。其中，部分孔径方法即是将整个发射天线阵面划分为若干个发射阵面，每个阵面只占整个发射天线阵面的一部分，它们形成各自的波束，该方法的特点是形成的各发射波束独立可控，但明显的问题是各波束无法利用全阵列孔径，增益损失较大；Butler矩阵方法是增益无损的多波束形成方法，各波束均可利用整个阵面的天线孔径，获得全孔径增益，并且多波束之间具有正交性，每一个波束最大值方向均与其它波束的零值方向重合，具有较高的波束隔离度，但是该方法形成的波束不具备独立扫描能力；发射DBF具有高度的灵活性和同时多波束形成能力，但由于受到A/D转换速率和信号处理能力以及实时性要求的限制，带宽比较窄（典型值400MHz）；发射透镜多波束带宽大、成本低，但会出现覆盖角度较小（典型值±22.5°）、边缘波束增益下降严重（典型值7~10dB）等问题，尤其是透镜多波束的波位无法控制，通常按照3dB交叠（高频交叠更深），这种情况下对于最大干扰ERP的保持不利。而光学发射多波束采用的是光学波束合成方法，除了光固有的大带宽（同时覆盖6~18GHz甚至更宽）优点外，还具有灵活控制波束（可以以小于1°和低于1dB的交叠）连续精密跟踪目标的优点，且可以获得全孔径增益。

另一方面，目前的技术体制大多针对一维线阵波束形成，对于二维发射多波束网络，在增加一个维度后，阵元信息和覆盖空域倍增，波束形成网络规模显著增加，造成了规模、结构、成本增加的同时，性能发生了明显恶化。因此，必须从架构层面优化多波束形成方法，降低网络对器件性能及规模的要求，同时满足两个维度独立的波束扫描。

发明内容

本发明的目的在于：为了克服现有技术问题，公开了一种二维全孔径增益光学发射多波束形成系统，本发明系统架构设置利用光学编码特性，从架构上对多波束形成方法进行了优化，实现了灵活扫描的二维全孔径增益光学发射多波束形成，克服了现有发射多波束在同时全孔径增益多波束、超宽带、宽空域覆盖、灵活扫描、资源开销小之间相互制约的矛盾。

本发明目的通过下述技术方案来实现：

一种二维全孔径增益光学发射多波束形成系统，所述二维全孔径增益光学发射多波束形成系统包括：

K个激光器，分别为激光器1~激光器K，分别用于提供直流光载波，各激光器包含λ₁~λ_M的波长数，其中K对应波束个数，M对应阵元列数目；

K个光电转换器，分别为光电转换器1~光电转换器K，分别用于将接收的各微波信号调制到各激光器发射的光载波上，形成微波光子信号；

K个波分解复用器，分别为波分解复用器01~波分解复用器0K，分别用于将接收的1路微波光子信号分成M路单波长信号；