本發(fā)明主要涉及到雷達信號放大，尤其是一種基于光導(dǎo)微波技術(shù)的雷達信號高功率放大方法及裝置。

背景技術(shù)：

1、高功率雷達可用于遠距離的目標探測和追蹤。雷達信號的功率水平或?qū)⒅苯佑绊懫鋺?yīng)用效果，如何實現(xiàn)高峰值功率的雷達信號成為人們關(guān)注的焦點。

2、目前，人們通常采用真空放大器件、固態(tài)放大器件以及微波功率模塊這三類基于電子技術(shù)的微波功率放大器來提升雷達信號的峰值功率，其中，以回旋行波管放大器的可輸出峰值功率為最高，但也僅達百千瓦(105w)量級。回旋行波管放大器的工作原理是基于電子回旋脈塞不穩(wěn)定性，回旋電子注與高頻微波相互作用從而將電子注動能轉(zhuǎn)變?yōu)楦哳l微波能量，實現(xiàn)高頻微波信號放大。但是，當(dāng)回旋行波管放大器的工作電流大于起振電流時，其絕對不穩(wěn)定性會引起自激振蕩問題，從而限制回旋行波管放大器的可輸出峰值功率。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提出一種基于光導(dǎo)微波技術(shù)的雷達信號高功率放大方法及裝置，旨在突破雷達領(lǐng)域微波功率放大器的輸出峰值功率限制，將雷達信號的峰值功率放大至10兆瓦(107w)量級及以上。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

3、一方面，提出一種基于光導(dǎo)微波技術(shù)的雷達信號高功率放大方法，包括：

4、產(chǎn)生與輸入雷達信號的時域特性相匹配的種子激光信號；

5、對種子激光信號進行光功率放大，產(chǎn)生與輸入雷達信號的時域特性相匹配的高峰值功率激光信號；

6、利用與輸入雷達信號的時域特性相匹配的高峰值功率激光信號輻照光導(dǎo)微波模塊中的光導(dǎo)半導(dǎo)體器件，產(chǎn)生與輸入雷達信號具有相同時域特性的高峰值功率電信號并輸出，實現(xiàn)了對輸入雷達信號的高功率放大。

7、進一步地，還包括采集小部分光功率放大模塊輸出激光信號以檢測功率放大模塊輸出激光信號的時域波形，從而利用相似度評價函數(shù)解析出光功率放大模塊輸出激光信號因增益飽和產(chǎn)生的畸變程度，通過自適應(yīng)比值優(yōu)化算法的波形分析和迭代修正，得出最優(yōu)的預(yù)補償波形數(shù)據(jù)并反饋給種子光調(diào)制模塊，優(yōu)化種子激光信號的時域特性。

8、其中相似度評價函數(shù)，如下：

9、；

10、其中表示相似度偏差，表示激光信號的時域波形采樣點數(shù)，表示實測的激光信號的時域波形，表示目標波形。通過相似度偏差評價實測的激光信號的時域波形與目標波形的偏差，偏差越大即光功率放大模塊輸出激光信號因增益飽和產(chǎn)生的畸變程度越大。

11、另一方面，提供一種基于光導(dǎo)微波技術(shù)的雷達信號高功率放大裝置，包括：

12、種子光調(diào)制模塊，用于產(chǎn)生與輸入雷達信號的時域特性相匹配的種子激光信號；

13、光功率放大模塊，用于對種子激光信號進行光功率放大，產(chǎn)生與輸入雷達信號的時域特性相匹配的高峰值功率激光信號；

14、光導(dǎo)微波模塊，利用與輸入雷達信號的時域特性相匹配的高峰值功率激光信號輻照光導(dǎo)微波模塊中的光導(dǎo)半導(dǎo)體器件，產(chǎn)生與輸入雷達信號具有相同時域特性的高峰值功率電信號并輸出，實現(xiàn)了對輸入雷達信號的高功率放大。

15、進一步地，還包括光信號檢測及反饋處理模塊，用于采集小部分光功率放大模塊輸出激光信號以檢測功率放大模塊輸出激光信號的時域波形，從而利用相似度評價函數(shù)解析出光功率放大模塊輸出激光信號因增益飽和產(chǎn)生的畸變程度，通過自適應(yīng)比值優(yōu)化算法的波形分析和迭代修正得出最優(yōu)的預(yù)補償波形數(shù)據(jù)并反饋給種子光調(diào)制模塊，優(yōu)化種子激光信號的時域特性。

16、進一步地，所述種子光調(diào)制模塊包括半導(dǎo)體激光二極管、任意信號發(fā)生器、高速電光調(diào)制器及其驅(qū)動；

17、半導(dǎo)體激光二極管尾纖熔接至高速電光調(diào)制器的光纖輸入端；

18、利用同軸電纜將任意信號發(fā)生器的信號輸出端連接至高速電光調(diào)制器驅(qū)動的信號輸入端；

19、由半導(dǎo)體激光二極管輸出連續(xù)激光，然后利用任意信號發(fā)生器輸出與輸出的雷達信號時域特性相同的電調(diào)制信號以驅(qū)動高速電光調(diào)制器來調(diào)制半導(dǎo)體激光二極管輸出的連續(xù)激光，從而產(chǎn)生與輸入雷達信號的時域特性相匹配的種子激光信號。

20、進一步地，所述光功率放大模塊為由一級以上光功率放大器串聯(lián)而成的多級光功率放大模塊。

21、進一步地，所述光功率放大模塊將種子激光信號的峰值功率提升至兆瓦量級。

22、進一步地，在功率放大模塊的輸出端一側(cè)設(shè)置有分光器件，經(jīng)分光器件后，大部分功率的光功率放大模塊輸出激光信號傳輸至光導(dǎo)微波模塊，小部分功率的光功率放大模塊輸出激光信號傳輸至光信號檢測及反饋處理模塊。

23、進一步地，光信號檢測及反饋處理模塊包括高速光電探測器、示波器和計算單元，利用高速光電探測器和示波器測量輸入至光信號檢測及反饋處理模塊的激光信號的時域波形并傳輸給計算單元，計算單元解析出光功率放大模塊輸出激光信號因增益飽和產(chǎn)生的畸變程度，計算出最優(yōu)的預(yù)補償波形數(shù)據(jù)并發(fā)送給任意信號發(fā)生器，控制任意信號發(fā)生器輸出與輸出的雷達信號時域特性相同的電調(diào)制信號以驅(qū)動高速電光調(diào)制器來調(diào)制半導(dǎo)體激光二極管輸出的連續(xù)激光，優(yōu)化種子激光信號的時域特性。

24、進一步地，光導(dǎo)微波模塊包含光導(dǎo)半導(dǎo)體器件、高壓直流恒壓源、電流觀察電阻、負載電阻和電容器，這些器件組成串聯(lián)電路。經(jīng)多級功率放大模塊的產(chǎn)生的兆瓦級峰值功率的輸出激光空間耦合至光導(dǎo)半導(dǎo)體器件，在串聯(lián)電路中可產(chǎn)生與激光時域特性相同的大電流信號，并根據(jù)公式p=u*i輸出信號峰值功率。

25、相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明能夠產(chǎn)生的技術(shù)效果是：

26、本發(fā)明所提出“電信號—光信號—電信號”的技術(shù)路線通過光功率放大代替?zhèn)鹘y(tǒng)電功率放大，充分發(fā)揮多級光功率放大器的高峰值功率上限和光導(dǎo)半導(dǎo)體器件的高響應(yīng)速度、高耐受電壓、高工作電流等顯著優(yōu)勢，突破了基于電子技術(shù)的微波功率放大器的峰值功率瓶頸，首次將雷達信號的峰值功率放大至10mw量級及以上。

技術(shù)特征：

1.基于光導(dǎo)微波技術(shù)的雷達信號高功率放大方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光導(dǎo)微波技術(shù)的雷達信號高功率放大方法，其特征在于，還包括采集小部分光功率放大模塊輸出激光信號以檢測功率放大模塊輸出激光信號的時域波形，從而利用相似度評價函數(shù)解析出光功率放大模塊輸出激光信號因增益飽和產(chǎn)生的畸變程度，通過自適應(yīng)比值優(yōu)化算法的波形分析和迭代修正，得出最優(yōu)的預(yù)補償波形數(shù)據(jù)并反饋給種子光調(diào)制模塊，優(yōu)化種子激光信號的時域特性，其中相似度評價函數(shù)，如下：

3.基于光導(dǎo)微波技術(shù)的雷達信號高功率放大裝置，其特征在于，包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于光導(dǎo)微波技術(shù)的雷達信號高功率放大裝置，其特征在于，還包括光信號檢測及反饋處理模塊，用于采集小部分光功率放大模塊輸出激光信號以檢測功率放大模塊輸出激光信號的時域波形，從而利用相似度評價函數(shù)解析出光功率放大模塊輸出激光信號因增益飽和產(chǎn)生的畸變程度，通過自適應(yīng)比值優(yōu)化算法的波形分析和迭代修正，得出最優(yōu)的預(yù)補償波形數(shù)據(jù)并反饋給種子光調(diào)制模塊，優(yōu)化種子激光信號的時域特性，其中相似度評價函數(shù)，如下：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于光導(dǎo)微波技術(shù)的雷達信號高功率放大裝置，其特征在于，所述種子光調(diào)制模塊包括半導(dǎo)體激光二極管、任意信號發(fā)生器、高速電光調(diào)制器及其驅(qū)動；

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于光導(dǎo)微波技術(shù)的雷達信號高功率放大裝置，其特征在于，所述光功率放大模塊為由一級以上光功率放大器串聯(lián)而成的多級光功率放大模塊。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于光導(dǎo)微波技術(shù)的雷達信號高功率放大裝置，其特征在于，所述光功率放大模塊將種子激光信號的峰值功率提升至兆瓦量級。

8.根據(jù)權(quán)利要求5或6或7所述的基于光導(dǎo)微波技術(shù)的雷達信號高功率放大裝置，其特征在于，在功率放大模塊的輸出端一側(cè)設(shè)置有分光器件，經(jīng)分光器件后，大部分功率的光功率放大模塊輸出激光信號傳輸至光導(dǎo)微波模塊，小部分功率的光功率放大模塊輸出激光信號傳輸至光信號檢測及反饋處理模塊。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于光導(dǎo)微波技術(shù)的雷達信號高功率放大裝置，其特征在于，光信號檢測及反饋處理模塊包括高速光電探測器、示波器和計算單元，利用高速光電探測器和示波器測量輸入至光信號檢測及反饋處理模塊的激光信號的時域波形并傳輸給計算單元，計算單元通過相似度評價函數(shù)解析出光功率放大模塊輸出激光信號因增益飽和產(chǎn)生的畸變程度，通過自適應(yīng)比值優(yōu)化算法的波形分析和迭代修正，得出最優(yōu)的預(yù)補償波形數(shù)據(jù)并反饋給任意信號發(fā)生器，其中相似度評價函數(shù)，如下：

10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于光導(dǎo)微波技術(shù)的雷達信號高功率放大裝置，其特征在于，光導(dǎo)微波模塊包含光導(dǎo)半導(dǎo)體器件、高壓直流恒壓源、電流觀察電阻、負載電阻和電容器，這些器件組成串聯(lián)電路，經(jīng)多級功率放大模塊的產(chǎn)生的兆瓦級峰值功率的輸出激光空間耦合至光導(dǎo)半導(dǎo)體器件，在串聯(lián)電路中可產(chǎn)生與激光時域特性相同的大電流信號，并根據(jù)公式輸出信號峰值功率，其中表示功率值，表示電壓值，表示電流值。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種基于光導(dǎo)微波技術(shù)的雷達信號高功率放大方法及裝置，包括：種子光調(diào)制模塊，用于產(chǎn)生與輸入雷達信號的時域特性相匹配的種子激光信號；光功率放大模塊，用于對種子激光信號進行光功率放大，產(chǎn)生與輸入雷達信號的時域特性相匹配的高峰值功率激光信號；光導(dǎo)微波模塊，利用與輸入雷達信號的時域特性相匹配的高峰值功率激光信號輻照光導(dǎo)微波模塊中的光導(dǎo)半導(dǎo)體器件，產(chǎn)生與輸入雷達信號具有相同時域特性的高峰值功率電信號并輸出，實現(xiàn)了對輸入雷達信號的高功率放大。本發(fā)明旨在發(fā)揮高功率光導(dǎo)微波技術(shù)的顯著優(yōu)勢，突破現(xiàn)有雷達領(lǐng)域微波功率放大器的峰值功率限制，將雷達信號的峰值功率放大至10兆瓦量級及以上。

技術(shù)研發(fā)人員：侯靜,卜遠壯,賀軍濤,張斌,姚金妹
受保護的技術(shù)使用者：中國人民解放軍國防科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/11/4