本發(fā)明涉及光控相控陣?yán)走_(dá)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種基于光交換的重構(gòu)光控相控陣?yán)走_(dá)接收機(jī)。

背景技術(shù)：

利用現(xiàn)代電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)的相控陣天線，相對(duì)傳統(tǒng)機(jī)械掃描雷達(dá)天線，其反應(yīng)速度、目標(biāo)更新速率、多目標(biāo)追蹤能力、分辨率、多功能性等方面的性能具有很大的優(yōu)越性。相控陣天線是通過特定的饋電方式，智能化的控制以及調(diào)整陣元的幅度和相位使波束賦形無慣性、靈活掃描，進(jìn)而大幅度地提高信息獲取和更新速率等。在相控陣天線系統(tǒng)中，波束掃描是通過調(diào)整輻射單元之間的相位關(guān)系而形成，因此在單元之間獲得必需的相位關(guān)系所需的信號(hào)分配方式是一個(gè)關(guān)鍵。然而，相控陣天線單元的全電子控制還存在許多問題，主要在于相控陣天線由于受到孔徑渡越時(shí)間的限制，只能在相對(duì)較窄的信號(hào)帶寬下進(jìn)行掃描，從而限制了其寬帶與寬角度掃描方面的性能，這嚴(yán)重制約了相控陣天線在復(fù)雜環(huán)境和高性能領(lǐng)域的應(yīng)用。

天線多波束的形成方法有多種，如Blass方法、Buter多波束矩陣方法、全數(shù)字多波束(DBF)方法及子天線陣級(jí)方法等，對(duì)于在接收天線中常的DBF和子天線陣方法而言，全數(shù)字多波束方法的優(yōu)點(diǎn)是性能高，易實(shí)現(xiàn)連續(xù)滑動(dòng)掃描，缺點(diǎn)是通道數(shù)多，成本高；子天線陣級(jí)方法優(yōu)點(diǎn)是降低復(fù)雜性、節(jié)省經(jīng)費(fèi)，缺點(diǎn)是子陣技術(shù)會(huì)引起副瓣電平抬高和工作帶寬變窄。

當(dāng)今發(fā)展極其迅速的以半導(dǎo)體激光器、集成光學(xué)、光纖技術(shù)為核心的光子技術(shù)最有可能給微波相控陣?yán)走_(dá)系統(tǒng)帶來技術(shù)突破，解決此難題。光纖作為最理想的信號(hào)傳輸媒質(zhì)，具有極低的傳輸損耗(普通單模光纖的傳輸損耗為0.2dB/公里以內(nèi))、重量輕、體積小、效率高以及抗電磁輻射與各種電磁干擾能力等優(yōu)點(diǎn)；此外，光纖還具有極其巨大的信號(hào)帶寬能力，光纖通信傳輸系統(tǒng)的單路波長信號(hào)傳輸速率可以高達(dá)上百Gbit/s，借助于密集波分復(fù)用技術(shù)，一根光纖可以傳輸高達(dá)上百T bit/s容量的信號(hào)。

利用光纖與光子器件來實(shí)現(xiàn)雷達(dá)天線接收單元的光信號(hào)真延遲OTTD的微波光子波束形成，可以克服相控陣天線波束傾斜而帶來的工作帶寬瓶頸效應(yīng)，給微波相位陣列雷達(dá)系統(tǒng)提供非常高的工作帶寬。在數(shù)十GHz微波頻帶范圍內(nèi)，光控相位陣列可以取得幾乎平直的信號(hào)系統(tǒng)響應(yīng)。同時(shí)光波環(huán)境下，便于實(shí)現(xiàn)相位與幅度的補(bǔ)償以及快速信號(hào)處理，有利于抑制旁瓣與實(shí)現(xiàn)雷達(dá)波束的快速掃描，提高系統(tǒng)性能；利用光纖開關(guān)以及波長路由等光子器件容易實(shí)現(xiàn)光控波束形成網(wǎng)絡(luò)的快速切換與重構(gòu)，滿足光控相控陣波束的空間多波束、波束形狀捷變及子陣重組等靈活控制功能的需要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決傳統(tǒng)的相控陣天線的波束傾斜與工作帶寬的瓶頸效應(yīng)問題，本發(fā)明提供了一種基于光交換的重構(gòu)光控相控陣?yán)走_(dá)接受機(jī)，能夠提供非常高的工作寬帶，便于實(shí)現(xiàn)雷達(dá)波束的快速掃描，提高系統(tǒng)性能。

一種基于光交換的重構(gòu)光控相控陣?yán)走_(dá)接收機(jī)，包括天線陣列、低噪聲放大器、波控計(jì)算機(jī)、激光器、第一波分復(fù)用器、光調(diào)制器、可編程光延遲線、可編程光衰減器、全光波長交換機(jī)、第二波分復(fù)用器以及光電探測器；天線陣列接收空間的雷達(dá)信號(hào)，并傳給低噪聲放大器進(jìn)行雷達(dá)信號(hào)放大，光調(diào)制器將放大的雷達(dá)信號(hào)調(diào)制到經(jīng)多波長陣列激光器發(fā)射且經(jīng)第一波分復(fù)用器分解的多個(gè)通道光載波上，載有雷達(dá)信號(hào)的光載波經(jīng)過可編程光延時(shí)線延遲調(diào)整后再經(jīng)過可編程光衰減器功率調(diào)整，然后輸送到全光波長交換機(jī)進(jìn)行波長交換，得到多組重構(gòu)子陣，重構(gòu)子陣的信號(hào)經(jīng)第二波分復(fù)用器重組后輸送到光電探測器轉(zhuǎn)化為射頻信號(hào)，該射頻信號(hào)經(jīng)過中頻與基帶解調(diào)完成雷達(dá)信號(hào)接收；波控計(jì)算機(jī)控制可編程光延遲線、可編程光衰減器、全光波長交換機(jī)。

所述激光器為多波長陣列激光器，輸出波長為光纖通信C波段的ITU波長，用于提供多個(gè)光載射頻傳輸通道的光載波。

所述第一波分復(fù)用器用于將所述多波長陣列激光器的輸出分解為若干個(gè)通道，每個(gè)通道僅包含一個(gè)ITU波長。

所述光調(diào)制器為馬赫增德爾強(qiáng)度調(diào)制器或電吸收調(diào)制器，用于將天線接收到的雷達(dá)信號(hào)調(diào)制到每個(gè)通道的光載波上。

所述可編程光延遲線是由若干2進(jìn)2出的數(shù)控光開關(guān)與若干光延遲線組成的二元光纖延遲線器件，每個(gè)通道連接一個(gè)所述可編程光延遲線器件，用于對(duì)不同通道之間的相對(duì)延時(shí)進(jìn)行調(diào)整。

所述可編程光衰減器用于調(diào)節(jié)每個(gè)通道光信號(hào)的強(qiáng)度，結(jié)合所述可編程光延遲線共同調(diào)節(jié)每個(gè)通道的衰減和相位，實(shí)現(xiàn)波束賦形。

所述全光波長交換機(jī)為N進(jìn)N出的全光波長交換矩陣。將N個(gè)輸入通道按照波長分為m組，每組構(gòu)成一個(gè)輸入子陣。N個(gè)輸出通道也被分為m個(gè)輸出子陣，每個(gè)輸出子陣包含的波長與波長數(shù)量與每個(gè)輸入子陣包含的波長與波長數(shù)量相同，但每個(gè)輸出子陣的波長可以通過全光波長交換機(jī)從所有輸入子陣的所有波長中選擇。所述輸入子陣的每個(gè)通道與每個(gè)天線的物理位置一一對(duì)應(yīng)，稱為物理子陣，每個(gè)輸出子陣對(duì)應(yīng)的天線位置根據(jù)光交換的結(jié)果確定，稱為重構(gòu)子陣；全光波長交換機(jī)將物理子陣按照全光波長交換矩陣轉(zhuǎn)換為重構(gòu)子陣，每個(gè)重構(gòu)子陣的光載波由所述第二波分復(fù)用器合路后輸出。

所述光電探測器將每個(gè)重構(gòu)子陣輸出的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為射頻信號(hào)輸出。

所述波控計(jì)算機(jī)同時(shí)控制可編程光延遲線、可編程光衰減器以及全光波長交換機(jī)，以實(shí)現(xiàn)光控相控陣波束的控制與重構(gòu)。

所述激光器、第一波分復(fù)用器、光調(diào)制器、可編程光延遲線、可編程光衰減器、第二波分復(fù)用器、光電探測器、低噪聲放大器的數(shù)目根據(jù)子陣的數(shù)目與天線陣列的數(shù)量確定，其中光調(diào)制器、可編程光延遲線、可編程光衰減器、低噪聲放大器的數(shù)目與天線陣列的數(shù)量相等；激光器、第一波分復(fù)用器、第二波分復(fù)用器的數(shù)目與子陣的數(shù)目相等。

所述一種基于光交換的重構(gòu)光控相控陣?yán)走_(dá)接收機(jī)，其實(shí)現(xiàn)子陣的動(dòng)態(tài)重構(gòu)的方法為：將每個(gè)天線接收到的射頻信號(hào)分別調(diào)制到每個(gè)ITU波長上，以平方數(shù)個(gè)ITU波長為一組排列成一個(gè)物理子陣，在一個(gè)大的陣面空間上不斷按照所述的物理子陣重排ITU波長。將所有物理子陣輸入全光波長交換機(jī)，經(jīng)處理后輸出多組重構(gòu)子陣，輸出的每組重構(gòu)子陣的波長與波長數(shù)目等于交換前物理子陣的波長與波長數(shù)目，只是其對(duì)應(yīng)的物理空間發(fā)生了變化，從而實(shí)現(xiàn)子陣的動(dòng)態(tài)重構(gòu)。

這種基于波分復(fù)用光延時(shí)線方法的聯(lián)合波控多波束結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢在于：

(1)光電融合的波控方法，可以有效降低傳統(tǒng)電子相控陣的波束傾斜與工作帶寬的瓶頸效應(yīng)，相對(duì)于所有基元光控的全光相控陣，成本比較低，實(shí)現(xiàn)效果比較好，具有很大地實(shí)用的前景；

(2)基于光波長分配重排以及光矩陣開關(guān)交換的多波束動(dòng)態(tài)重構(gòu)組陣與波控制方法，降低孔徑渡越時(shí)間的限制，可以實(shí)現(xiàn)全空域的多目標(biāo)波束形成與連續(xù)跟蹤；

(3)充分利用光波分復(fù)用以及全光交換，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)靈活，組網(wǎng)成本低；

(4)每個(gè)光傳輸波長支路具有光功率幅度調(diào)節(jié)控制，可以實(shí)現(xiàn)波束合成的支路幅度加權(quán)，具有抑制旁瓣效果以及具備信號(hào)處理功能。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意框圖；

圖2為本發(fā)明的原理示意圖；

圖3為物理子陣中所用的激光波長按空間相鄰關(guān)系進(jìn)行重排的示意圖。

具體實(shí)施方式

為了更為具體地描述本發(fā)明，下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明。

如圖1所示，基于光交換的重構(gòu)光控相控陣?yán)走_(dá)接收機(jī)，包括多波長陣列激光器、第一波分復(fù)用器、光調(diào)制器、可編程光延遲線、可編程光衰減器、全光波長交換機(jī)、第二波分復(fù)用器、光電探測器、天線陣列、低噪聲放大器以及波控計(jì)算機(jī)；其中多波長陣列激光器、第一波分復(fù)用器、光調(diào)制器、可編程光延遲線、可編程光衰減器、全光波長交換機(jī)、第二波分復(fù)用器以及光電探測器組成光載射頻鏈路；天線陣列接收空間的雷達(dá)信號(hào)，并傳給低噪聲放大器進(jìn)行雷達(dá)信號(hào)放大，光調(diào)制器將放大的雷達(dá)信號(hào)調(diào)制到經(jīng)多波長陣列激光器發(fā)射且經(jīng)第一波分復(fù)用器分解的多個(gè)通道光載波上，接下來信號(hào)經(jīng)過可編程光延時(shí)線延遲調(diào)整后再經(jīng)過可編程光衰減器功率調(diào)整，然后輸送到全光波長交換機(jī)進(jìn)行波長交換，得到多組重構(gòu)子陣，重構(gòu)子陣的信號(hào)經(jīng)第二波分復(fù)用器重組后輸送到光電探測器轉(zhuǎn)化為射頻信號(hào)，該射頻信號(hào)經(jīng)過中頻與基帶解調(diào)完成雷達(dá)信號(hào)接收；波控計(jì)算機(jī)控制可編程光延遲線、可編程光衰減器、全光波長交換機(jī)，實(shí)現(xiàn)光控相控陣?yán)走_(dá)種的真延時(shí)與子陣動(dòng)態(tài)重構(gòu)。

固定子陣結(jié)構(gòu)或靜態(tài)子陣結(jié)構(gòu)的相控陣天線有很大的局限性，一方面對(duì)于波束掃描角度來說，考慮到實(shí)際應(yīng)用時(shí)需要空間掃描盡可能大，每個(gè)子陣的掃描角勢必需設(shè)計(jì)得足夠大，這樣大大增加了孔徑效應(yīng)，引起相控陣波束的傾斜以及工作帶寬的降低；另一方面，對(duì)于多目標(biāo)或多波束應(yīng)用來說，由于目標(biāo)的移動(dòng)往往可能超出了某一子陣的物理角度范圍，對(duì)于球形共面天線陣來說需要其他子陣來進(jìn)行后續(xù)的跟蹤控制，這涉及復(fù)雜的多波束管理控制、子陣切換觸發(fā)與任務(wù)調(diào)度等問題。在實(shí)際對(duì)多目標(biāo)跟蹤的多波束天線應(yīng)用中，如在全空域范圍內(nèi)采用特定的波束實(shí)現(xiàn)對(duì)固定目標(biāo)的連續(xù)跟蹤無疑是最簡單有效的方案。因而子陣的動(dòng)態(tài)重構(gòu)，對(duì)于實(shí)現(xiàn)全空域的波束跟蹤與控制是一個(gè)關(guān)鍵。

如圖2所示，本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的方法如下：

36個(gè)天線基元按空間相鄰區(qū)域分組到同一個(gè)物理子陣內(nèi)，同一個(gè)物理子陣中每個(gè)天線基元的接收信號(hào)由電光調(diào)制器調(diào)制到不同波長的光載波上。不同物理子陣之間采用相同的一組光波長作為載波，將這組波長按6行6列的正方形規(guī)律重復(fù)編排，其編排方法如圖3所示。

波控計(jì)算機(jī)控制每個(gè)通道的多字節(jié)可編程光延時(shí)線，通過快速切換光延時(shí)線中的光開關(guān)，使光延時(shí)線輸入輸出端接入不同長度的光纖，從而對(duì)不同通道的微波信號(hào)之間的相位進(jìn)行調(diào)整；每個(gè)波長通道中設(shè)有光功率的控制，通過控制可編程光衰減器的衰減量實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)通道內(nèi)傳輸?shù)奈⒉ㄐ盘?hào)的幅度加權(quán)，在子陣波束控制系統(tǒng)統(tǒng)一協(xié)調(diào)與控制下，起到抑制旁瓣、減小波束寬度等信號(hào)處理的作用。

經(jīng)過幅度與相位加權(quán)的微波信號(hào)輸送到全光波長交換機(jī)進(jìn)行波長交換。根據(jù)全光波長交換矩陣的交換特性，任意物理端口輸入可以無阻塞地嚴(yán)格意義上交換到任意的輸出端口。所有物理子陣經(jīng)延時(shí)與幅度控制后可以按波長特性交換到另一端的重構(gòu)子陣，并按固定波長排列輸出；例如在光開關(guān)矩陣的輸出端口，讓每36路輸出對(duì)應(yīng)于固定ITU波長順序編排的輸出，通過波長合路器合路后再經(jīng)光電轉(zhuǎn)換形成重構(gòu)子陣，其每個(gè)重構(gòu)子陣對(duì)應(yīng)于特定的形成波束。這樣，可以實(shí)現(xiàn)重構(gòu)子陣對(duì)應(yīng)非固定的物理子陣。每個(gè)重構(gòu)子陣根據(jù)矩陣交換的控制實(shí)現(xiàn)其作用的物理陣的重組以及在整個(gè)天線陣列空間上的物理陣等效連續(xù)運(yùn)動(dòng)，如圖3所示，矩陣開關(guān)切換之前，重構(gòu)子陣對(duì)應(yīng)實(shí)線框內(nèi)的物理子陣，矩陣開關(guān)切換之后，重構(gòu)子陣對(duì)應(yīng)虛線框內(nèi)的物理子陣。這種矩陣開關(guān)交換的方式，很容易實(shí)現(xiàn)全空域的掃描，對(duì)于多目標(biāo)跟蹤，可以分配按目標(biāo)分配相應(yīng)的重構(gòu)子陣。利用光波分復(fù)用的波長分配基元組的波束控制的一個(gè)優(yōu)勢是波長可以物理空間上重用。

另外，多個(gè)重構(gòu)子陣也可以協(xié)同工作或聯(lián)合工作形成組合波束，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜功能的測控跟蹤。這種多波束動(dòng)態(tài)重構(gòu)子陣控制方法可以實(shí)現(xiàn)全空域的多目標(biāo)波束形成與連續(xù)跟蹤，大大降低孔徑渡越時(shí)間的限制，提高相控陣天線工作帶寬與掃描角度范圍。

上述的對(duì)實(shí)施例的描述是為便于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和應(yīng)用本發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對(duì)上述實(shí)施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應(yīng)用到其他實(shí)施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動(dòng)。因此，本發(fā)明不限于上述實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，對(duì)于本發(fā)明做出的改進(jìn)和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。