申请/专利权人：西安电子科技大学

申请日：2017-07-27

公开（公告）日：2019-12-10

公开（公告）号：CN107528638B

主分类号：H04B10/70(20130101)

分类号：H04B10/70(20130101);H04B10/61(20130101);H04B10/67(20130101);H04B10/69(20130101)

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2019.12.10#授权;2018.01.26#实质审查的生效;2017.12.29#公开

摘要：本发明公开了一种基于微波光子滤波的宽带微波信号到达角估计的方法，该发明涉及微波技术领域以及光通信技术领域，主要应用于微波光子信号处理中。所述方法如附图所示，包括激光源、偏振复用马赫‑曾德尔调制器、偏振合束器、偏振控制器、偏振分束器、光延迟线和光电探测器。该方案利用偏振复用马赫‑曾德尔调制器，结合差分群延时模块，构建了双抽头微波光子滤波器，对输入电信号进行陷波滤波并观察结果，从而对宽带微波信号到达角进行估计。同时该估计方法结构简单易于实现，价格低廉，不受电子瓶颈影响，可以在非相干条件下工作，具有鲁棒性强等优点。

主权项：1.一种基于微波光子滤波的宽带微波信号到达角估计方法，包括激光源、偏振复用马赫-曾德尔调制器、偏振合束器、偏振控制器、偏振分束器、光延迟线和光电探测器，其特征在于：激光源的输出端口与偏振复用马赫-曾德尔调制器输入端相连，该调制器的输出端与偏振控制器输入端口相连；偏振控制器的输出端口与偏振分束器的输入端口相连；偏振分束器的输出端口分别与光延迟线和可调光衰减器的输入端口相连；光延迟线和可调光衰减器的输出端口与第二偏振合束器输入端口相连；第二偏振合束器输出端口与光电探测器的输入端口相连，光电探测器的输出端口连接电信号分析仪进行观察测试；所述偏振复用马赫-曾德尔调制器由Y分路器、上下两路并行的马赫曾德尔调制器X-MZM和Y-MZM以及偏振旋转器、第一偏振合束器构成，所述Y分路器将入射光信号分成两路功率相等的光信号，分别进入X-MZM和Y-MZM中，射频信号分别输入到X-MZM和Y-MZM的射频端口，Y-MZM输出的信号经90°偏振旋转器后，与X-MZM的输出信号输入到第一偏振合束器后偏振态正交，实现了偏振态复用；所述偏振复用马赫-曾德尔调制器后连接一个差分群延迟模块，该模块通过光延迟线引入相对时间延迟；所述微波光子滤波器含有偏振控制器、偏振合束器和偏振分束器，偏振控制器将偏振复用马赫-曾德尔调制器的输出信号适当调整，输出到偏振分束器，通过调整偏振控制器，偏振复用光信号可以被精确地偏振解复用。

全文数据：基于微波光子滤波的宽带微波信号到达角估计方法技术领域[0001]本发明涉及光通信技术领域和微波技术领域，主要涉及光通信技术中基于微波光子滤波的宽带微波信号到达角估计的方法。背景技术[0002]在雷达系统和电子战等领域中，对波达角估计有着广泛的需求。然而，受电子瓶颈限制，利用现有电子技术实现对高频段、大瞬时带宽微波信号的到达角测量面临较大挑战。为了克服电子瓶颈的限制，微波光子学将电子技术和光子技术相结合，实现了在光域对微波信号的产生、传输和处理，其具有大带宽、抗电磁干扰等优点，因而逐渐成为各国研究热点之一。其中，基于微波光子的宽带微波信号测量技术具有结构简单易于实现，不受电子瓶颈影响等优点，进而受到各国研宄机构的重视。[0003]目前基于微波光子的微波信号到达角估计的基本原理是测量两个单独的天线单元处接收的射频信号之间的相移或相对时间延迟。根据实现方式的不同，主要可以分为三种：（1将两个天线接收的微波信号及其相位延迟分量加载到两个电光调制器，通过测量光载波功率获得的相移，从而得到到达角；（2采用双平行马赫-增德尔调制器DP-MZM或双驱动MZM构成的并行光延迟结构，通过抑制光载波，测量光边带功率来获得相位延迟，从而得到到达角；03基于一对微波光子下变频器，通过测量相应的中频IF信号之间的时间延迟来获得微波信号之间的时间延迟，获得到达角。[0004]基于相位检测的方法只能用于纯单音信号，而基于下变频的方法需要进一步的中频处理。因此，这几种方法对大瞬时带宽信号的处理能力有限。基于空间光谱材料中光谱烧孔效应的方法虽然能够处理宽带信号，但是需要在低温下运行。基于光子微波滤波的到达角估计系统通过测量传输陷波可以获得宽带信号的时间延迟。但是其需要以不同波长工作的两个激光源和一对强度调制器，这将增加系统的复杂性。发明内容[0005]为了解决背景技术中所存在的技术问题，本发明提出了一种基于微波光子滤波的宽带微波信号到达角估计的方法。[0006]本发明所采用的技术方案是:所述装置包括激光源、偏振复用马赫-曾德尔调制器、偏振合束器、偏振控制器、偏振分束器、光延迟线、可调光衰减器、光电探测器和电信号分析仪;激光源的输出端口与偏振复用马赫-曾德尔调制器输入端相连，该调制器的输出端与偏振控制器输入端口相连;偏振控制器的输出端口与偏振分束器的输入端口相连;偏振分束器的输出端口分别与光延迟线和可调光衰减器的输入端口相连;光延迟线和可调光衰减器的输出端口与偏振合束器输入端口相连;偏振合束器输出端口与光电探测器的输入端口相连，光电探测器的输出端口连接电信号分析仪进行观察测试。[0007]所述偏振复用马赫-曾德尔调制器由Y分路器、上下两路并行的马赫-增德尔调制器X-MZM和Y-MZM以及90°偏振旋转器、偏振合束器构成。[0008]本发明在工作时包括以下步骤：1从窄线宽激光器发出的光波注入到偏振复用马赫-曾德尔调制器中；2入射到偏振分复用马赫-曾德尔调制器的光信号经分路器分别进入X-MZM和Y-MZM中。天线接收到的信号经电放大器后分别输入到X-MZM和Y-MZM的射频端口。Y-MZM输出的信号经9〇°偏振旋转器后，与X-MZM的输出信号输入到偏振合束器后偏振态正交，实现了偏振态复用；3偏振复用马赫_曾德尔调制器的输出信号经偏振控制器注入到偏振分束器。通过调整偏振控制器，偏振复用光信号可以被精确地偏振解复用。偏振分束器输出的一路经过光延迟线引入相对时间延迟;另一路经过可变光衰减器以最小化两个分支之间的功率差；4两路光信号经偏振合束器输入到光电探测器进行光电转换，输出的电信号频谱通过电信号分析仪进行观察测试；[0009]本发明提出了一种基于微波光子滤波的宽带微波信号到达角估计的方法，该方案利用偏振分复用马赫-曾德尔调制器，结合光延迟线和光可调衰减器，构建了双抽头微波光子滤波器。对于不同角度的来波，滤波器的响应随着两路延时的不同而变化，通过对输入电信号进行陷波滤波，观察和记录陷波位置测量结果，从而计算出来波方向，对宽带微波信号到达角进行估计。[0010]本方案所构建了双抽头微波光子滤波器，通过正交偏振消除了激光源相干性的限制。所提出的方案只需要一个激光源和一个调制器，可以提高系统的稳定性，降低系统成本。[0011]本发明的微波光子滤波是在光域直接进行的，通过对光信号的处理达到微波信号滤波的目的，克服了传统的微波移相的带宽限制以及电磁干扰，因此系统的性能得到了很大的提高。附图说明[0012]图1为本发明基于微波光子滤波的宽带微波信号到达角估计的方法的原理图；图2、图3、图4为实验测试结果图，图2a为未经滤波的宽带信号的光谱，图2b为滤波后宽带信号的光谱，图3为测量的频率偏移值对于相对时间的延迟，图4为测量的相对时间延迟点和相应的测量误差垂直条）。具体实施方式[0013]下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例：图1为本发明基于微波光子滤波的宽带微波信号到达角估计的方法的原理图。其中偏振复用马赫-曾德尔调制器对微波信号进行调制，生成一个偏振复用信号；偏振复用马赫-曾德尔调制器由Y分路器、上下两路并行的马赫增德尔调制器X-MZM和Y-MZM以及90°偏振旋转器、偏振合束器构成;控制偏振控制器，通过偏振分束器将偏振复用信号解复用为两路，一路使用光延迟线引入相对时间延迟，另一路使用可变光衰减器以最小化两个分支之间的功率差;利用偏振合束器将两路信号合并，输出到光电探测器;经过光电探测器拍频后可得到经过滤波后的微波信号。激光源的输出端口与偏振复用马赫-曾德尔调制器输入端相连，该调制器的输出端与偏振控制器输入端口相连;偏振控制器的输出端口与偏振分束器的输入端口相连;偏振分束器的输出端口分别与光延迟线和可调光衰减器的输入端口相连;光延迟线和可调光衰减器的输出端口与偏振合束器输入端口相连;偏振合束器输出端口与光电探测器的输入端口相连;光电探测器输出电信号。[0014]本实例中，方法的具体实施步骤是：步骤一:激光源产生波长为1552nm、功率为12dBm的连续光波，连续光波输入到半波电压为3.5V、插入损耗6dB的偏振复用马赫-曾德尔调制器中。任意波形生成器产生的i.6Gbps的不归零信号与微波信号生成器产生的18GHz本振混频，如图2a所示。混频后的信号分为两路分别输入到X-MZM和Y-MZM的射频端口。步骤二:偏振复用信号通过偏振控制器和偏振分束器解复用后分为两路，其中一路输入到光延时线，通过改变由光延时线引入的时间延迟来模拟到达角的变化。同时，记录与不同相对时间延迟对应的陷波频率，进行了两组测量。为了确定两路分支之间的初始时间延迟，将测量结果先用于校准。测量的频率偏移和相应的时间延迟如图3所示，斜率越大，固定频率测量误差将导致更大的时间延迟测量误差，理论曲线的斜率计算为-21.2psGHz。步骤三:校准后通过电信号分析仪测量滤波后频率偏移量，计算相对时间延迟。图4显示了测量结果，其相应的测量误差小于±〇.35ps。假设天线间隔为A2,则到达角的测量误差小于0.72°。的时间延迟范围为-14ps至16ps，对应的到达角范围为-30.26°至35.17°。t〇〇15]综上，本发明利用偏振复用马赫-曾德尔调制器、差分群延迟模块等实现基于微波光子滤波的宽带微波信号到达角估计，结构简单易于实现，价格低廉，不受电子瓶颈影响，可以在非相干条件下工作，这使得系统具有更好的鲁棒性。[0016]总之，以上所述实施方案仅为本发明的实施例而已，并非仅用于限定本发明的保护范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在本发明公开的内容上，还可以做出若干等同变形和替换，该微波光子滤波器如果采用不同的差分群延迟值，测量能力不同，这些等同变形和替换以及频率范围的调整也应视为本发明保护的范围。

权利要求：1.一种基于微波光子滤波的宽带微波信号到达角估计方法，包括激光源、偏振复用马赫-曾德尔调制器、偏振合束器、偏振控制器、偏振分束器、光延迟线和光电探测器，其特征在于:激光源的输出端口与偏振复用马赫-曾德尔调制器输入端相连，该调制器的输出端与偏振控制器输入端口相连;偏振控制器的输出端口与偏振分束器的输入端口相连;偏振分束器的输出端口分别与光延迟线和可调光衰减器的输入端口相连;光延迟线和可调光衰减器的输出端口与偏振合束器输入端口相连;偏振合束器输出端口与光电探测器的输入端口相连，光电探测器的输出端口连接电信号分析仪进行观察测试。所述偏振复用马赫-曾德尔调制器由Y分路器、上下两路并行的马赫-增德尔调制器X-MZM和Y-MZM以及偏振旋转器、偏振合束器构成。所述Y分路器将入射光信号分成两路功率相等的光信号，分别进入X-MZM和Y-MZM中。射频信号分别输入到X-MZM和Y-MZM的射频端口。Y-MZM输出的信号经90°偏振旋转器后，与X-MZM的输出信号输入到偏振合束器后偏振态正交，实现了偏振态复用。所述偏振复用马赫-曾德尔调制器后连接一个差分群延迟模块。该模块对两个偏振态引入了相对时间延迟，经过光电探测器后，整个系统可等效为一个两抽头的微波光子滤波器。来波方向的改变将对上述微波光子滤波器产生调谐效果，通过测量微波信号的陷波频率，可以估计出微波信号的来波方向。2.根据权利要求1所述的基于微波光子滤波的宽带微波信号到达角估计方法，其特征在于:偏振分复用马赫-曾德尔调制器结合差分群延迟模块可实现双抽头微波光子陷波滤波器。3.根据权利要求1所述的基于微波光子滤波的宽带微波信号到达角估计方法，其特征在于:通过测量传输陷波来获得在两个分离的天线单元处接收的两个信号之间的相对时间延迟，对时间延迟进行计算从而得到对宽带微波信号到达角的估计。4.根据权利要求1所述的基于微波光子滤波的宽带微波信号到达角估计方法，其特征在于:可通过选择较大的差分群延时值来进一步提高测量范围。

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