基于受激布里淵效應(yīng)的多頻率高精度微波光子測頻方案的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微波檢測技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種基于受激布里淵效應(yīng)的多頻率高精度頻率測量。適用于解決對高頻帶多頻率的未知微波信號進(jìn)行精確測量。
【背景技術(shù)】
[0002]在現(xiàn)代電子對抗和微波檢測領(lǐng)域中，微波頻率檢測技術(shù)是一項關(guān)鍵的技術(shù)，通過瞬時頻率測量可以快速的定位未知信號的頻段，從而輔助查明敵方電子設(shè)備信息，利于我方戰(zhàn)略部署。由于電子瓶頸的限制，傳統(tǒng)的電子測頻很難實現(xiàn)寬頻率的測量，且具有體積大、功耗高、易受電磁干擾等缺點。近年隨著微波光子技術(shù)的發(fā)展，微波光子頻率測量技術(shù)以其測量范圍大、體積小、功耗低、抗電磁干擾等優(yōu)點，逐漸成為研宄的熱點。
[0003]目前的微波光子測頻技術(shù)主要分為三類:頻率-功率映射、頻率-空間映射、頻率-時域映射。其中基于頻率-功率映射的微波光子測量方案是將頻率信息映射到線性的幅度比較函數(shù)上，實現(xiàn)頻率與功率的一一對應(yīng)，由于該方案數(shù)字信號處理簡單、成本低，已經(jīng)成為微波光子頻率測量的主流技術(shù)。至今已經(jīng)實現(xiàn)了的測頻范圍大于20GHz和測量分辨率小于200MHz的微波頻率測量。
[0004]上述三種方案都只能針對單頻率微波信號進(jìn)行測量，其測量精度遠(yuǎn)小于與電子測頻技術(shù)的精度。因此，基于受激布里淵效應(yīng)的微波光子信號測頻技術(shù)被提出，該方案實現(xiàn)了對多頻率信號的測量，但是必須通過高成本地分析整個系統(tǒng)的微波傳輸函數(shù)來獲得未知微波信號的頻率值。為了克服已有方案的缺點，本發(fā)明提出了一種基于受激布里淵效應(yīng)的高精度多頻率微波測量方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]鑒于現(xiàn)有技術(shù)的以上缺點，本發(fā)明的目的是提供一種基于受激布里淵效應(yīng)的多頻率高精度微波光子測頻方案，該方案結(jié)構(gòu)簡單，適合于多頻率、高精度測量。通過調(diào)節(jié)該結(jié)構(gòu)中不同參數(shù)值下受激布里淵效應(yīng)的作用方式，將該測量方案分為多頻率瞬時粗度測量和單頻率逐步高精度測量兩個步驟，實現(xiàn)了對探測信號的多頻率高精度測量。
[0006]本發(fā)明的目的是基于如下分析和方案提出和實現(xiàn)的:
[0007]一種基于受激布里淵效應(yīng)的多頻率高精度微波光子測頻方案，其特征在于:在包括單波長激光器(101)、雙驅(qū)動馬赫曾德爾調(diào)制器(102)、馬赫曾德爾調(diào)制器(103)、光隔離器(105)、色散位移光纖(106)、光環(huán)形器(107)、光電探測器(108)、電處理單元(109)、參考微波源(104)的測頻系統(tǒng)中，測頻過程分為多頻率瞬時粗度測量和單頻率逐步精度測量(或誤差測量)兩步驟，分別利用受激布里淵效應(yīng)中的不同現(xiàn)象來實現(xiàn)動態(tài)頻率-功率映射和頻率-相移映射，其具體過程為:
[0008]步驟I)多頻率瞬時粗度測量:將未知探測信號加載在馬赫曾德爾調(diào)制器上進(jìn)行抑制載波的雙邊帶調(diào)制，并作為受激布里淵效應(yīng)中的泵浦光；將從零頻開始以固定頻率步長(f = 1/2 Δ vB,其中Λ νΒ為受激布里淵增益譜全寬)移動的微波信號104(1) (nf, η =1，2，3…)加載在雙驅(qū)動馬赫曾德爾調(diào)制器上進(jìn)行不平衡雙邊帶的調(diào)制(受激布里淵效應(yīng)中的信號光)，形成移動的光頻率梳來感應(yīng)由受激布里淵效應(yīng)產(chǎn)生的增益、損耗譜，通過檢測輸出信號光的功率變化情況，可以同時測得多頻率未知探測信號的頻率值;
[0009]步驟2)單頻率逐步精度測量:未知探測信號經(jīng)電處理單元后產(chǎn)生雙邊帶信號作為泵浦光，一個已知的固定低頻微波信號104(2)產(chǎn)生的單邊帶信號作為信號光；電處理單元(109)包括電混頻器和電濾波器兩個部分，將未知探測信號分別與步驟一中測得的頻率值減去vB的參考頻率信號進(jìn)行混頻，然后通過電濾波器將頻率位于V β-1/4Δ vB(fvl)?νΒ+1/4Δ vB(fv2) [Hz]的頻率分量(f探測信號_f■初次測量+V B)濾出，其中vB為受激布里淵頻移；檢測信號光的相移量來分步地測量出未知探測信號中每個頻率分量的誤差值；
[0010]通過以上步驟實現(xiàn)精度〈1MHz的多頻率微波信號測量。
[0011]通過本發(fā)明的方法，在動態(tài)的頻率-功率映射中，通過以固定頻率步長(f =1/2 Δ vB)移動的微波信號(nf，η = 1,2, 3...)調(diào)制在雙驅(qū)動馬赫曾德爾調(diào)制器上形成動態(tài)的光頻率梳，通過檢測每步輸出信號的功率值來感應(yīng)探測信號的頻率；在頻率-相移映射中，通過步驟一中反饋的頻率測量結(jié)果作用于泵浦光，通過檢測已知信號的相移量大小來獲得探測信號的精確頻率。在多頻率瞬時粗度測量過程中，將探測信號加載在馬赫曾德爾調(diào)制器上進(jìn)行抑制載波的雙邊帶調(diào)制，并作為受激布里淵效應(yīng)中的泵浦光。將從零頻開始以固定頻率步長(f = 1/2 Δ vB)移動的微波信號(nf，η = 1,2, 3...)加載在雙驅(qū)動馬赫曾德爾調(diào)制器上進(jìn)行不平衡雙邊帶的調(diào)制(受激布里淵效應(yīng)中的信號光)，形成移動的光頻率梳來感應(yīng)由受激布里淵效應(yīng)產(chǎn)生的增益、損耗譜。當(dāng)光頻率梳位于增益、損耗譜中，邊帶的相位和幅度都會發(fā)生改變，則相應(yīng)輸出信號光的功率也發(fā)生變化。此時，可以根據(jù)實際情況采取以下兩種方式來進(jìn)行功率-頻率映射:
[0012]I)對檢測的信號光功率值序列進(jìn)行量化(“I”:大于等于參考功率值，“O”:小于參考功率值)獲得數(shù)字化功率值序列。數(shù)字化功率值為“0”，則對應(yīng)的nf + V B頻率值就是未知探測信號各頻率分量所屬的頻帶。
[0013]2)對檢測的信號光功率值序列進(jìn)行校驗，相鄰兩步的功率值變化量之和為一常數(shù)，然后根據(jù)前一步[nf]與后一步[(n+l)f]功率的比值以及相應(yīng)η值的值，獲得未知探測信號各頻率分量所屬的頻率。
[0014]以上兩種方式，都通過檢測輸出信號光的功率變化情況，可以同時測得多頻率未知探測信號的頻率值。其中方式(I)中只能測得信號頻帶，誤差約為幾十兆赫茲，方式(2)測量精度更高，但數(shù)字處理更加復(fù)雜。方式(I)可用于與步驟二結(jié)合使用來實現(xiàn)高精度的多頻率測量，方式(2)可用于本發(fā)明步驟一單獨使用時進(jìn)行高精度的多頻率測量。
[0015]在單頻率逐步精度(誤差)測量過程中，將未知探測信號經(jīng)電處理模塊處理得到頻率為I f?探測信號-f?初始測量+ V BI或If?探測信號-nf I的微波信號，加載在馬赫曾德爾調(diào)制器上，作為受激布里淵效應(yīng)的泵浦光；將一已知的低頻(fs)微波信號輸入到雙驅(qū)動馬赫曾德爾調(diào)制器上，調(diào)節(jié)其偏置電壓實現(xiàn)單邊帶調(diào)制，作為受激布里淵效應(yīng)的信號光。此時產(chǎn)生受激布里淵效應(yīng)的增益譜和損耗譜在信號光的載波處重疊，在該區(qū)域內(nèi)檢測的信號光的相移量與泵浦光的頻率成正比，因此通過檢測已知的低頻(fs)微波信號的相移量，可以獲得|f?H言號(n)-nf|的頻率值。結(jié)合步驟一、二，可以獲得探測信號中各個頻率的精確值；
[0016]采用本發(fā)明相比由頻率-功率映射來實現(xiàn)的微波光子頻率測量方案，在本發(fā)明的步驟一中也采用了頻率-功率映射的原理，但本發(fā)明是通過移動的光頻率梳實現(xiàn)了動態(tài)的頻率-功率映射。通過對檢測到的功率值序列進(jìn)行數(shù)字信號處理，實現(xiàn)了對多頻率探測信號的頻率瞬時檢測。同時本發(fā)明的步驟二中提出了頻率-相位映射的原理，經(jīng)電處理單元后將探測信號與步驟一中相應(yīng)測得的信號頻率差(即頻率誤差值)轉(zhuǎn)換為已知低頻微波信號(fs)的相移量。本發(fā)明成本低、測量精度高，可應(yīng)用于高頻帶多頻率微波檢測以及電子對抗中。
【附圖說明】
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[0017]圖1為本發(fā)明提供的基于受激布里淵效應(yīng)的微波頻率測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2為本發(fā)明裝置中的頻率測量方案；
[0019]圖3為本發(fā)明提供的頻率測量方案的原理圖:(a)多頻率瞬時粗度測量原理:(a-Ι)裝置參數(shù)設(shè)置，(a-2)單個頻率梳對應(yīng)的頻帶范圍，(a-3)多頻率測量過程中基于受激布里淵效應(yīng)的頻率-功率-量化功率的轉(zhuǎn)換；(b)單頻率逐步精度測量原理:(b-Ι)裝置參數(shù)設(shè)置，(b_2)單個頻率誤差測量過程中基于受激布里淵效應(yīng)的頻率-相位的轉(zhuǎn)換；
[0020]圖4為本發(fā)明提供的頻率測量方案中步驟一的實驗結(jié)果圖:(a)和(b)光譜圖，(C)單個頻率梳的頻率-功率映射圖(單頻率信號作為未知探測信號)；
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