專利名稱：一種雙光纖環(huán)級聯(lián)激光告警裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光電子技術(shù)領(lǐng)域，它特別涉及激光告警技術(shù)。
背景技術(shù)：
眾所周知，利用激光告警技術(shù)識別敵方威脅及其威脅方位，可以有效地保護我方重要設(shè)備和其它平臺。因此，激光告警技術(shù)的研究受到廣泛的關(guān)注?，F(xiàn)有的頻率編碼激光告警系統(tǒng)是利用光纖環(huán)反饋單元輸出脈沖頻率識別光學(xué)天線。圖1是這種告警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，它由光學(xué)天線方向識別傳感頭(半球傳感頭)1，光纖耦合器6，n個單光纖環(huán)21、22，…，2n(n是方向識別傳感頭1中光學(xué)天線的個數(shù)，每個單光纖環(huán)是將光纖的兩端分別連接在光纖耦合器6的輸出端和輸入端組成)，濾波器組4組成。這種告警系統(tǒng)工作原理是半球傳感頭1具有方向識別能力，半球傳感頭的第i個光學(xué)天線接收的光脈沖，經(jīng)過相應(yīng)反饋單元2i，得到一個具有特征頻率fi的脈沖序列。fi是這個光學(xué)天線的特征量，利用這個特征量可以區(qū)分光學(xué)天線。反饋單元輸出的光脈沖序列經(jīng)光電二極管3轉(zhuǎn)換為電信號，送入濾波器組4，如果脈沖序列頻率與濾波器組4中預(yù)設(shè)頻率相同，則相應(yīng)的信號處理電路將有信號輸出，從而確定光學(xué)天線接收激光情況。[見文獻Poisel；Hans(Dachau，DE)；Trommer；Gert(Munich，DE).Laser warning sensorwith frequency-coded position information.United States Patent，Patent Number5,025,148.June 18，1991]。
圖2給出了上述激光告警系統(tǒng)的反饋單元結(jié)構(gòu)示意圖。它是用光纖將光纖耦合器6的輸出端8與輸入端7相連，使光纖耦合器6的一部分輸出光信號反饋到光纖耦合器6輸入端再作為輸入信號，這樣，在輸出端9得到具有相等時間間隔、強度依次遞減的光脈沖序列，如圖3(b)所示，該輸出的光脈沖序列的頻率由光纖環(huán)長度L確定。雖然圖2所示的單個光纖環(huán)反饋單元可以把輸入脈沖(如圖3(a)所示)轉(zhuǎn)換成圖3(b)中的具有特定頻率的脈沖序列。但是，它的輸出脈沖序列的頻譜(如圖4所示)表明，在特征頻率fi及其倍頻之間，存在連續(xù)的光功率值，這使相鄰光學(xué)天線特征頻率易發(fā)生串擾，即經(jīng)過帶通濾波器組鑒別本來屬于第i個光學(xué)天線的信號，卻夾雜著鄰近光學(xué)天線i-1或i+1的信號。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因是圖3(b)所示輸出光脈沖的幅值差異較大，脈沖的幅值迅速降到0，此時脈沖序列并非嚴格意義上的周期脈沖信號。雖然增大相鄰光學(xué)天線特征頻率的間隔，可以減小串擾的影響，但是它卻減少了光學(xué)窗口的數(shù)目，降低了系統(tǒng)的精度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明專利的任務(wù)是提供一種雙光纖環(huán)級聯(lián)激光告警裝置，它具有增加光學(xué)窗口的數(shù)目、提高的告警精度、電路簡單的特點。
本發(fā)明提供的一種雙光纖環(huán)級聯(lián)激光告警裝置，它包括方向識別傳感頭1，光纖耦合器6，n個單光纖環(huán)21、22…2n(n是方向識別傳感頭1中光學(xué)天線的個數(shù)，每個單光纖環(huán)是將光纖的兩端分別連接在光纖耦合器6的輸出端和輸入端組成)，濾波器組4；其特征是它還包括n個單光纖環(huán)21′、22′…2n′，所述的n個單光纖環(huán)21′、22′、…、2n′分別串接在方向傳感頭1和與其對應(yīng)的單光纖環(huán)21、22…2n之間，單光纖環(huán)21′與21、22′與22、…2n′與2n組成n組光纖環(huán)級聯(lián)反饋單元，單光纖環(huán)21′中光纖的長度是其對應(yīng)的單光纖環(huán)21中光纖的長度的N倍(N≥2，N為正整數(shù))，同樣，單光纖環(huán)22′…2n′的光纖的長度分別是對應(yīng)的單光纖環(huán)22…2n的光纖的長度的N倍。
需要說明的是，n個單光纖環(huán)21、22…2n中每一個環(huán)中光纖的長度取決于其對應(yīng)的光學(xué)天線預(yù)設(shè)的特征頻率f1，f2，…，fn。
本發(fā)明的實質(zhì)是用雙光纖環(huán)級聯(lián)構(gòu)成的反饋單元代替現(xiàn)有技術(shù)中由單個光纖環(huán)組成反饋單元，并且所述的雙光纖環(huán)兩個光纖環(huán)的光纖長度關(guān)系是整數(shù)倍關(guān)系。在圖6中，光纖環(huán)12的光纖長度是光纖環(huán)14光纖長度的N倍。
本發(fā)明提供的一種雙光纖環(huán)級聯(lián)激光告警裝置的創(chuàng)新在于用雙光纖環(huán)級聯(lián)構(gòu)成的反饋單元代替現(xiàn)有技術(shù)中由單個光纖環(huán)組成反饋單元。其原理是利用光纖環(huán)暫態(tài)存儲和光纖耦合器功率重分配功能，把前級光纖環(huán)輸出的遞減脈沖序列，進行功率重新分配，使輸出脈沖序列頻域特性得到改善。在時域上改善輸出脈沖之間的幅值差異，減慢脈沖幅度下降速度，增加輸出脈沖數(shù)目，使輸出脈沖序列更接近周期信號的特征。下面是對本發(fā)明的創(chuàng)新進行理論分析如圖5所示，耦合系數(shù)為k的光纖壞，沖激響應(yīng)用希伯特空間矢量A表示[見文獻王旭，胡力.一種新型非等延遲OFDL理論分析.電子科技大學(xué)學(xué)報，1992(8)28～33]A＝[a0，a1，…，ai…]T式中a1=ki=0(1-k)2ki-1i>0---(1)]]>
歸一化為Σi=0∞ai=1.]]>∵光纖環(huán)14的延遲間隔為T，光纖環(huán)12的光纖長度是光纖環(huán)14光纖長度的N倍，∴光纖環(huán)12的延遲間隔為NT(N是正整數(shù))，令兩個光纖環(huán)特征矢量分別為A＝[a0，a1，…，ai，…]T、B＝[b0，b1，…，bi，…]T，先將光纖環(huán)12的時間間隔用信號矢量表示為時間間隔為T的信號B′＝[b1′，b2′，…，bi′，…]，即bk(m+1)-1′=Σk=0N-1(bm′)=bmbi′=0,i≠N(m+1)-1---(2)]]>則整個反饋系統(tǒng)的光沖激光響應(yīng)C為C=BΠ^NA=B′Π^A]]>即Cm=Σi=0k(m+1)-1bi′ak(m+1)-1-i---(3)]]>當輸入光脈沖功率為P0時，由雙光纖環(huán)級聯(lián)沖激響應(yīng)C，得到級聯(lián)光纖環(huán)輸出光脈沖序列光功率為P＝CP0＝[c0，c1，…，c2，…]TP0。合理選擇兩個光纖環(huán)耦合器系數(shù)，可以使輸出脈沖序列P非常接近周期信號特征。
綜上所述，可以得出結(jié)論本發(fā)明采用雙光纖環(huán)級聯(lián)構(gòu)成的反饋單元代替現(xiàn)有技術(shù)中由單個光纖環(huán)組成反饋單元后，可以使輸出脈沖序列非常接近周期信號特征。
本發(fā)明的積極效果體現(xiàn)在(1)時域上，級聯(lián)光纖環(huán)反饋單元輸出脈沖幅值下降速度變慢，在同樣只有一個光脈沖輸入的情況下得到更長的脈沖序列；(2)頻域上，解決了一個光纖環(huán)反饋單元輸出光脈沖的特征頻率表現(xiàn)不突出，電子線路解頻難的問題。
因此，本發(fā)明提供的雙光纖環(huán)級聯(lián)激光告警裝置與現(xiàn)有的單光纖環(huán)激光告警裝置相比，具有輸出脈沖序列的特征頻率明顯、光學(xué)窗口之間不易產(chǎn)生串擾、系統(tǒng)精度高的特點。


圖1是現(xiàn)有的單光纖環(huán)反饋單元激光告警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖其中，1是半球傳感頭，21、22、……、2n單光纖環(huán)，由單光纖環(huán)21、22、……、2n組成反饋單元，3是光電二極管，4是帶通濾波器組，f1、f2、……、fn是特征頻率，A1、A2、……、An是帶通濾波器組的輸出信號。
圖2是現(xiàn)有的單個光纖延遲環(huán)結(jié)構(gòu)示意圖其中，5是光纖，6是光纖耦合器，7是光纖耦合器6的輸入端，8是光纖耦合器6與光纖連接的輸出端，9是光纖耦合器6的信號輸出端，L是光纖環(huán)長度。
圖3是現(xiàn)有的單個光纖環(huán)輸入、輸出脈沖示意圖其中，圖(a)是光纖環(huán)輸入脈沖，圖(b)是光纖環(huán)輸出脈沖，圖中，t為時間，P表示脈沖強度。
圖4是現(xiàn)有的單個光纖環(huán)輸出脈沖付立葉變換頻譜5是本發(fā)明的一種雙光纖環(huán)級聯(lián)激光告警裝置結(jié)構(gòu)示意圖其中，1是半球傳感頭，21′、22′、……、2n′和21、22、……、2n是單光纖環(huán)，由單光纖環(huán)21′、22′、……、2n′和21、22、……、2n組成反饋單元組，3是光電二極管，4是帶通濾波器組，f1、f2、……、fn是特征頻率，A1、A2、……、An是帶通濾波器組的輸出信號。
圖6是本發(fā)明的雙光纖環(huán)級聯(lián)反饋單元結(jié)構(gòu)示意圖其中，10、15是連接光纖，12、14是光纖環(huán)，11、13是光纖耦合器。
圖7是現(xiàn)有的單光纖環(huán)激光告警裝置和雙光纖環(huán)級聯(lián)激光告警裝置的輸出脈沖歸一化光功率比較8是本發(fā)明的雙光纖環(huán)級聯(lián)反饋單元輸出脈沖序列的頻譜圖具體實施方式
一種雙光纖環(huán)級聯(lián)激光告警裝置兩個級聯(lián)光纖環(huán)反饋單元如圖6所示，連接光纖、光纖環(huán)、光纖耦合器均可采用四川光恒通信有限公司產(chǎn)品，該公司生產(chǎn)的2×2光纖耦合器，具有插入損耗誤差小，附加損耗低的特點。
選擇光纖耦合器10的耦合系數(shù)為k1＝0.46，光纖耦合器12的耦合系數(shù)為k2＝0.38，輸入光脈沖強度歸一化為1。
由(1)式得到兩個光纖環(huán)的光沖激響應(yīng)A，BA＝
B＝
由(2)式和A，B得到級聯(lián)光纖環(huán)的沖激響應(yīng)C＝
級聯(lián)光纖環(huán)輸入光脈沖功率為1的情況下，將輸出脈沖功率值歸一化C′＝
性能評價使用本發(fā)明的二個光纖環(huán)級聯(lián)情況下，前三個輸出脈沖幅值幾乎相等，后續(xù)脈沖也明顯地比一個光纖環(huán)輸出的脈沖序列下降要慢。在得到大于歸一化光功率0.007的光脈沖情況下，二個級聯(lián)光纖環(huán)有17個脈沖輸出，而單個光纖環(huán)只有8個脈沖輸出。兩者輸出脈沖序列比較如圖7所示；其頻譜如圖8所示，可以看出，各種峰值頻率之間的光功率迅速降為0，且每個特征頻率所占的頻帶的寬度明顯小于單個光纖環(huán)。
本發(fā)明提供的雙光纖環(huán)級聯(lián)激光告警裝置與現(xiàn)有的單光纖環(huán)激光告警裝置相比，具有特征頻率明顯、光學(xué)窗口之間不易產(chǎn)生串擾、系統(tǒng)精度高的特點，它可用于激光方位識別和定位的軍事偵察等相關(guān)領(lǐng)域。
權(quán)利要求
1.一種雙光纖環(huán)級聯(lián)激光告警裝置，它包括方向識別傳感頭(1)，光纖耦合器(6)，n個單光纖環(huán)21、22、...2n(n是方向識別傳感頭(1)中光學(xué)天線的個數(shù)，每個單光纖環(huán)是將光纖的兩端分別連接在光纖耦合器(6)的輸出端和輸入端組成)，濾波器組(4)；其特征是它還包括n個單光纖環(huán)21′、22′...2n′，所述的n個單光纖環(huán)21′、22′、...、2n′分別串接在方向傳感頭(1)和與其對應(yīng)的單光纖環(huán)21、22...2n之間，單光纖環(huán)21′與21、22′與22、...2n′與2n組成n組光纖環(huán)級聯(lián)反饋單元，單光纖環(huán)21′中光纖的長度是其對應(yīng)的單光纖環(huán)21中光纖的長度的N倍(N≥2，N為正整數(shù))，同樣，單光纖環(huán)22′...2n′的光纖的長度分別是對應(yīng)的單光纖環(huán)22...2n的光纖的長度的N倍。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種雙光纖環(huán)級聯(lián)激光告警裝置，它是用雙光纖環(huán)級聯(lián)構(gòu)成的反饋單元代替現(xiàn)有技術(shù)中由單個光纖環(huán)組成反饋單元，并且所述的雙光纖環(huán)中兩個光纖環(huán)的光纖長度關(guān)系是整數(shù)倍關(guān)系；通過利用光纖環(huán)暫態(tài)存儲和光纖耦合器功率重分配功能，把前級光纖環(huán)輸出的遞減脈沖序列，進行功率重分配，使輸出脈沖序列頻域特性得到改善。因此本發(fā)明提供的雙光纖環(huán)級聯(lián)激光告警裝置具有輸出脈沖序列特征頻率明顯、光學(xué)窗口之間不易產(chǎn)生串擾、系統(tǒng)精度高的特點，它可用于激光方位識別和定位的軍事偵察等相關(guān)領(lǐng)域。
文檔編號G01S3/784GK1673769SQ200410022119
公開日2005年9月28日 申請日期2004年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月25日
發(fā)明者周曉軍, 白曉明, 曾欽勇 申請人:電子科技大學(xué)