一種基于快速激光掃描的微波信號(hào)測量方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于微波光子學(xué)【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種基于快速激光掃描的微波信號(hào)測量方法，該測量系統(tǒng)利用光掃描作為本地振蕩，構(gòu)建時(shí)域串行的多個(gè)接收信道，對(duì)待測微波信號(hào)進(jìn)行平衡探測和解調(diào)，能夠在微秒量級(jí)的時(shí)間內(nèi)，進(jìn)行寬帶的微波信號(hào)測量和分析。在進(jìn)行串行信道化接收時(shí)，已調(diào)制的待測信號(hào)與掃頻源在光電探測器上進(jìn)行拍頻處理，當(dāng)接收帶寬與掃頻間隔相等時(shí)，與掃頻頻率間的頻差小于δf的已調(diào)制待測微波信號(hào)，在與掃頻源拍頻后可在對(duì)應(yīng)信道被檢測到；本發(fā)明所采用的串行信道化接收體制在結(jié)構(gòu)上有很大優(yōu)勢，僅需一個(gè)低速率檢測器件即可實(shí)現(xiàn)各個(gè)信道的信號(hào)接收，該串行信道化接收系統(tǒng)可以達(dá)到很高的測量速度。
【專利說明】一種基于快速激光掃描的微波信號(hào)測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于微波光子學(xué)【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種基于快速激光掃描的微波信號(hào)測量方法，具體說是利用激光掃描結(jié)構(gòu)構(gòu)建時(shí)域串行的多個(gè)接收信道，適用于寬帶微波信號(hào)的實(shí)時(shí)測量。
【背景技術(shù)】
[0002]在現(xiàn)代化電子戰(zhàn)及雷達(dá)應(yīng)用中，快速有效地獲取短時(shí)突發(fā)信號(hào)的頻率信息是微波信號(hào)處理的基本目標(biāo)之一。目前微波多頻信號(hào)的測量主要是基于信道化接收、頻率掃描等方案。其中，前者通常是基于頻帶分割的思想，具有多個(gè)窄子帶的濾波器組是實(shí)現(xiàn)其頻譜分割的基本器件，如利用衍射光柵、法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具或波導(dǎo)光柵等作為濾波器件來構(gòu)建多個(gè)并行的信道，再對(duì)每個(gè)信道進(jìn)行功率檢測或傅里葉變換從而實(shí)現(xiàn)對(duì)微波信號(hào)的測量。但是這種并行接收的測量方案受到固有的插入損耗和失真的影響，且測量精度受限于濾波器特性。另外一類并行信道化方案是利用一些周期性響應(yīng)的器件來等效實(shí)現(xiàn)濾波效果，如基于兩個(gè)不同頻率間隔的光頻梳或兩個(gè)不同自由光譜范圍的法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具來實(shí)現(xiàn)對(duì)頻譜的分割，進(jìn)而對(duì)微波信號(hào)進(jìn)行測量。但是這類方案需要精確對(duì)準(zhǔn)，并且需要多個(gè)光電探測器或復(fù)用器件，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜。另一方面，頻率掃描的方案也被用來對(duì)多頻信號(hào)進(jìn)行測量，如利用電調(diào)諧的光纖布拉格光柵，以及基于布里淵散射效應(yīng)的掃描測量等。但是這類方案的測頻精度和掃頻速率比較受限，無法完全滿足電子戰(zhàn)的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提出一種基于快速激光掃描的微波信號(hào)測量方法，其特征在于利用激光掃描結(jié)構(gòu)建立串行信道化機(jī)制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)寬帶微波信號(hào)的測量，包括如下步驟:
[0004]I)首先建立基于快速激光掃描的串行信道化機(jī)制，由激光掃描頻率源結(jié)構(gòu)和串行信道化接收裝置兩部分組成。系統(tǒng)分為掃頻源支路和微波調(diào)制支路，激光源經(jīng)分束器分成兩路，一路作為掃頻源的泵浦光源，另一路利用馬赫曾德調(diào)制器將待測微波信號(hào)調(diào)制到光上；兩支路信號(hào)耦合后進(jìn)入一個(gè)窄帶低速的平衡光電探測器進(jìn)行平衡探測，最后進(jìn)行低速電采樣和后續(xù)數(shù)字處理。而由于激光掃描頻率源中不同頻率的信號(hào)會(huì)在不同時(shí)間窗口內(nèi)存在，那么利用掃描信號(hào)作為下變頻的本振時(shí)，就可以在接收端同時(shí)實(shí)現(xiàn)頻域和時(shí)域的信道化分割，從而實(shí)現(xiàn)時(shí)域串行的信道化機(jī)制；
[0005]2)激光掃描頻率源作為系統(tǒng)的下變頻光本振，具有如下的時(shí)頻特性:在一個(gè)完整的掃描周期N.δ t時(shí)間內(nèi)，掃頻頻率由f。步變到f；+(N-l).δ f，掃頻頻率間隔為δ f，掃頻時(shí)間間隔為S t，已調(diào)制的待測信號(hào)與作為下變頻光本振的激光掃描頻率源在平衡光電探測器上進(jìn)行拍頻處理，當(dāng)二者的頻率差小于接收帶寬，其拍頻結(jié)果將會(huì)在對(duì)應(yīng)信道內(nèi)被檢測到，之后設(shè)計(jì)相應(yīng)的數(shù)字域頻率識(shí)別算法來恢復(fù)待測微波頻率；
[0006]3)在接收帶寬的選擇和設(shè)置上，為了消除在計(jì)算待測頻率時(shí)的模糊度，確定某拍頻頻率fk，第k個(gè)信道的拍頻結(jié)果是來自于(?；+?.χ)-(?；+α-1).5f)還是(fc+(k-l).Sf)-(f；+fx)，就要求接收帶寬不小于掃頻間隔；而δ?.為最佳接收帶寬，因?yàn)榇藭r(shí)的待測頻率識(shí)別算法是最簡單的，并且對(duì)檢測器件的速率要求較低，其中fx表示待測微波頻率；當(dāng)接收帶寬等于掃頻源的最小頻率間隔S f時(shí)，對(duì)于某個(gè)待測信號(hào)fx，其與掃頻信號(hào)的拍頻結(jié)果將會(huì)在兩個(gè)相鄰信道內(nèi)被檢測到；并且記為4和4兩信道的拍頻結(jié)果關(guān)于接收帶寬S f互補(bǔ)，即f\+f2 = δ f ;而兩相鄰的第(k-Ι)信道和第k信道的拍頻結(jié)果與待測信號(hào)的關(guān)系為:
【權(quán)利要求】
1.一種基于快速激光掃描的微波信號(hào)測量方法，其特征在于利用激光掃描結(jié)構(gòu)建立串行信道化機(jī)制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)寬帶微波信號(hào)的測量，包括如下步驟: 1)首先建立基于快速激光掃描的串行信道化機(jī)制，由激光掃描頻率源結(jié)構(gòu)和串行信道化接收裝置兩部分組成。系統(tǒng)分為掃頻源支路和微波調(diào)制支路，激光源經(jīng)分束器分成兩路，一路作為掃頻源的泵浦光源，另一路利用馬赫曾德調(diào)制器將待測微波信號(hào)調(diào)制到光上；兩支路信號(hào)耦合后進(jìn)入一個(gè)窄帶低速的平衡光電探測器進(jìn)行平衡探測，最后進(jìn)行低速電采樣和后續(xù)數(shù)字處理。而由于激光掃描頻率源中不同頻率的信號(hào)會(huì)在不同時(shí)間窗口內(nèi)存在，那么利用掃描信號(hào)作為下變頻的本振時(shí)，就可以在接收端同時(shí)實(shí)現(xiàn)頻域和時(shí)域的信道化分害I]，從而實(shí)現(xiàn)時(shí)域串行的信道化機(jī)制； 2)激光掃描頻率源作為系統(tǒng)的下變頻光本振，具有如下的時(shí)頻特性:在一個(gè)完整的掃描周期N.δ t時(shí)間內(nèi)，掃頻頻率由f。步變到f。+ (N-1).δ f，掃頻頻率間隔為δ f，掃頻時(shí)間間隔為S t，已調(diào)制的待測信號(hào)與作為下變頻光本振的激光掃描頻率源在平衡光電探測器上進(jìn)行拍頻處理，當(dāng)二者的頻率差小于接收帶寬，其拍頻結(jié)果將會(huì)在對(duì)應(yīng)信道內(nèi)被檢測到，之后設(shè)計(jì)相應(yīng)的數(shù)字域頻率識(shí)別算法來恢復(fù)待測微波頻率； 3)在接收帶寬的選擇和設(shè)置上，為了消除在計(jì)算待測頻率時(shí)的模糊度，確定某拍頻頻率fk，第k個(gè)信道的拍頻結(jié)果是來自于(?；+?.χ)-(?；+α-ι).δ f)還是(fc+(k-l).Sf)-(f；+fx)，就要求接收帶寬不小于掃頻間隔；而δ?.為最佳接收帶寬，因?yàn)榇藭r(shí)的待測頻率識(shí)別算法是最簡單的，并且對(duì)檢測器件的速率要求較低，其中fx表示待測微波頻率；當(dāng)接收帶寬等于掃頻源的最小頻率間隔S f時(shí)，對(duì)于某個(gè)待測信號(hào)fx，其與掃頻信號(hào)的拍頻結(jié)果將會(huì)在兩個(gè)相鄰信道內(nèi)被檢測到；并且記為4和4兩信道的拍頻結(jié)果關(guān)于接收帶寬S f互補(bǔ)，即 f\+f2 = δ f ;而兩相鄰的第(k-Ι)信道和第k信道的拍頻結(jié)果與待測信號(hào)的關(guān)系為:
fi = fx- (k-ι).δ f (I)
f2 = k.δ f-fx (2) 只要相鄰兩信道的拍頻結(jié)果滿足關(guān)系f\+f2 = δ f，說明二者對(duì)應(yīng)的是同一個(gè)待測頻率，那么由(I)式或(2)式均可求得待測頻率fx ;因此，根據(jù)拍頻結(jié)果及對(duì)應(yīng)信道掃頻頻率，可計(jì)算出待測微波頻率； 4)在獲取相位信息時(shí)，對(duì)于某個(gè)待測頻率fx，其頻率值已經(jīng)獲知，記作:sRF (O = sin(2^-/；/ + φ'Χ?Υ)V 3 ) 那么只需進(jìn)行式(4)所示的計(jì)算，濾去高頻分量，僅保留直流附近的分量，即可得到微波信號(hào)的相位信息:
Slil,(O X sin(2^./；0 = cos(^v(t)) - cos(4;τ/:'? + φχ⑴)
lowpass filter >cos(^1(O)(4)

=?> φλ (t) = arc cos (妒(t)) 因此，當(dāng)待測微波信號(hào)的相位上攜帶了信息時(shí)，通過相干檢測和上述解調(diào)方法對(duì)其進(jìn)行測量和恢復(fù)，也就是說，所述的基于快速掃頻源的相干檢測系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)微波信號(hào)的矢量測量和分析。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于快速激光掃描的微波信號(hào)測量方法，其特征在于，所述拍頻處理是利用頻率步變的掃頻源作為本振光源，已調(diào)制到光上的待測信號(hào)與不同本振頻率在接收端發(fā)生拍頻，并控制接收帶寬使其等于掃頻源的最小頻率間隔，從而可以構(gòu)建時(shí)域串行的多個(gè)接收信道。
【文檔編號(hào)】H04B17/00GK104009812SQ201410203957
【公開日】2014年8月27日 申請(qǐng)日期:2014年5月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月14日
【發(fā)明者】陳宏偉, 李瑞月, 雷誠, 陳明華, 謝世鐘 申請(qǐng)人:清華大學(xué)