一種基于快速激光掃描的微波信號測量方法
【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)建時域串行的多個接收信道，對待測微波信號進行平衡探測和解調(diào)，能夠在微秒量級的時間內(nèi)，進行寬帶的微波信號測量和分析。在進行串行信道化接收時，已調(diào)制的待測信號與掃頻源在光電探測器上進行拍頻處理，當(dāng)接收帶寬與掃頻間隔相等時，與掃頻頻率間的頻差小于δf的已調(diào)制待測微波信號，在與掃頻源拍頻后可在對應(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，僅需一個低速率檢測器件即可實現(xiàn)各個信道的信號接收，該串行信道化接收系統(tǒng)可以達到很高的測量速度。
【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測量方法，具體說是利用激光掃描結(jié)構(gòu)構(gòu)建時域串行的多個接收信道，適用于寬帶微波信號的實時測量。
【背景技術(shù)】
[0002]在現(xiàn)代化電子戰(zhàn)及雷達應(yīng)用中，快速有效地獲取短時突發(fā)信號的頻率信息是微波信號處理的基本目標(biāo)之一。目前微波多頻信號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，具有多個窄子帶的濾波器組是實現(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)建多個并行的信道，再對每個信道進行功率檢測或傅里葉變換從而實現(xiàn)對微波信號的測量。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)的器件來等效實現(xiàn)濾波效果，如基于兩個不同頻率間隔的光頻梳或兩個不同自由光譜范圍的法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具來實現(xiàn)對頻譜的分割，進而對微波信號進行測量。但是這類方案需要精確對準(zhǔn)，并且需要多個光電探測器或復(fù)用器件，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜。另一方面，頻率掃描的方案也被用來對多頻信號進行測量，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)建立串行信道化機制，進而實現(xiàn)對寬帶微波信號的測量，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調(diào)制到光上；兩支路信號耦合后進入一個窄帶低速的平衡光電探測器進行平衡探測，最后進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會在不同時間窗口內(nèi)存在，那么利用掃描信號作為下變頻的本振時，就可以在接收端同時實現(xiàn)頻域和時域的信道化分割，從而實現(xiàn)時域串行的信道化機制；
[0005]2)激光掃描頻率源作為系統(tǒng)的下變頻光本振，具有如下的時頻特性:在一個完整的掃描周期N.δ t時間內(nèi)，掃頻頻率由f。步變到f；+(N-l).δ f，掃頻頻率間隔為δ f，掃頻時間間隔為S t，已調(diào)制的待測信號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)果將會在對應(yīng)信道內(nèi)被檢測到，之后設(shè)計相應(yīng)的數(shù)字域頻率識別算法來恢復(fù)待測微波頻率；
[0006]3)在接收帶寬的選擇和設(shè)置上，為了消除在計算待測頻率時的模糊度，確定某拍頻頻率fk，第k個信道的拍頻結(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，因為此時的待測頻率識別算法是最簡單的，并且對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，對于某個待測信號fx，其與掃頻信號的拍頻結(jié)果將會在兩個相鄰信道內(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，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)建立串行信道化機制，進而實現(xiàn)對寬帶微波信號的測量，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調(diào)制到光上；兩支路信號耦合后進入一個窄帶低速的平衡光電探測器進行平衡探測，最后進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會在不同時間窗口內(nèi)存在，那么利用掃描信號作為下變頻的本振時，就可以在接收端同時實現(xiàn)頻域和時域的信道化分害I]，從而實現(xiàn)時域串行的信道化機制； 2)激光掃描頻率源作為系統(tǒng)的下變頻光本振，具有如下的時頻特性:在一個完整的掃描周期N.δ t時間內(nèi)，掃頻頻率由f。步變到f。+ (N-1).δ f，掃頻頻率間隔為δ f，掃頻時間間隔為S t，已調(diào)制的待測信號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)果將會在對應(yīng)信道內(nèi)被檢測到，之后設(shè)計相應(yīng)的數(shù)字域頻率識別算法來恢復(fù)待測微波頻率； 3)在接收帶寬的選擇和設(shè)置上，為了消除在計算待測頻率時的模糊度，確定某拍頻頻率fk，第k個信道的拍頻結(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，因為此時的待測頻率識別算法是最簡單的，并且對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，對于某個待測信號fx，其與掃頻信號的拍頻結(jié)果將會在兩個相鄰信道內(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，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，說明二者對應(yīng)的是同一個待測頻率，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)果及對應(yīng)信道掃頻頻率，可計算出待測微波頻率； 4)在獲取相位信息時，對于某個待測頻率fx，其頻率值已經(jīng)獲知，記作:sRF (O = sin(2^-/；/ + φ'Χ?Υ)V 3 ) 那么只需進行式(4)所示的計算，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)待測微波信號的相位上攜帶了信息時，通過相干檢測和上述解調(diào)方法對其進行測量和恢復(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)對微波信號的矢量測量和分析。
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)建時域串行的多個接收信道。
【文檔編號】H04B17/00GK104009812SQ201410203957
【公開日】2014年8月27日 申請日期: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 申請人:清華大學(xué)