申请/专利权人：中国科学院半导体研究所

申请日：2017-05-09

公开（公告）日：2021-01-08

公开（公告）号：CN107272016B

主分类号：G01S17/88(20060101)

分类号：G01S17/88(20060101)

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2021.01.08#授权;2017.11.17#实质审查的生效;2017.10.20#公开

摘要：一种基于光开关的波束扫描光控相控阵雷达，包括：一多波长激光器；一波长切换单元，其输入端与多波长激光器的输出端连接；一光放大器，其输入端与波长切换单元的输出端连接；一光纤，其一端与光放大器输出端连接；一调制器，其输入端与光纤的另一端连接，该调制器调制雷达信号；一光分束器，其输入端与调制器的输出端连接；一单模光纤阵列，其一端与光分束器输出端连接；一色散光纤阵列，其每一端与对应的单模光纤阵列的一端连接；一幅度控制器阵列，每一幅度控制器阵列的输入端与对应的色散光纤阵列连接；一移相器阵列，其每一输入端与幅度控制器阵列每一输出端连接；一光电探测器，其每一输入端与移相器阵列每一输出端连接。

主权项：1.一种基于光开关的波束扫描光控相控阵雷达，包括：一多波长激光器，具有一光开关，通过对所述光开关进行编程实现对多波长激光器中不同波长的延时控制或对某一波长的锁定控制；一波长切换单元，其输入端与多波长激光器的输出端连接；一光放大器，其输入端与波长切换单元的输出端连接；一光纤，其一端与光放大器输出端连接；一调制器，其输入端与光纤的另一端连接，该调制器调制雷达信号；一光分束器，其输入端与调制器的输出端连接；一单模光纤阵列，其一端与光分束器输出端连接；一色散光纤阵列，其每一端与对应的单模光纤阵列的一端连接；一幅度控制器阵列，每一幅度控制器阵列的输入端与对应的色散光纤阵列连接；一移相器阵列，其每一输入端与幅度控制器阵列每一输出端连接；一光电探测器，其每一输入端与移相器阵列每一输出端连接；其中，单模光纤阵列和色散光纤阵列中的每一通道的连接方式为：单模光纤和色散光纤构成的延时线总长度设定为100-2000m，相邻光纤之间的色散光纤具有长度差，通道间的延时均由不同长度的单模光纤和色散光纤构成，且总长度保持一致，色散光纤的长度以固定差值的长度分布，相应的单模光纤的长度也以对应的差值分布，形成通道之间的延时差，使得不同通道的光产生不同的相位，从而实现波束扫描角度的控制。

全文数据：基于光开关的波束扫描光控相控阵雷达技术领域[0001]本发明属于微波光子学技术领域，特别是一种基于光开关的波束扫描光控相控阵雷达，其可实现波长快速切换。背景技术[0002]光控相控阵雷达的波束形成的角度是由光波长所决定的，因此，其角度的扫描速率则取决于波长切换的速度。随着相控阵雷达在军事上的发展和进步，快速的扫描速率已经成为越来越重要的需求。[0003]国内外已提出许多光控相控阵波束形成方案，但是，这些方案都存在许多弊端，首先，相控阵雷达的波束切换时间受到激光器波长切换时间的限制，通常扫频激光器是由快速可调谐光滤波器和宽带增益介质构成，因此，其波长扫描的速率则取决于增益介质和可调谐光滤波器的速度决定。由于扫频激光器的切换方式是基于机械切换，因此其波长切换时间仅可达到毫秒级，这远小于实际应用中所需的微秒级扫描速度。因此，需要实现波长快速切换的波束扫描方式，从而代替相控阵雷达中的可调谐激光器波长切换速度慢的不足，进一步满足军事上的要求。我们采用纳秒级光开关，通过程序控制的方法对波长进行周期性切换，不仅可实现纳秒级的波长切换时间，而且其扫描方式也可通过程序根据实际需求进行选择。另外，采用射频电子波束形成网络体积巨大，通过移相器控制射频信号的相位易存在波束偏移，信号的瞬时带宽受到孔径渡越时间的限制，同时，为了提高雷达的分辨能力、识别能力、对抗反辐射导弹袭击的能力以及解决多目标成像的问题，相控阵雷达必须采用具有大瞬时带宽的宽带信号。为了解决这一问题，使相控阵天线在宽角度扫描情况下具有处理宽带信号的能力，我们采用色散光纤延时网络，实现了波束指向灵活可控。发明内容[0004]本发明的目的在于，提供一种基于光开关的波束扫描光控相控阵雷达，其可实现对波长进行快速扫描，并且通过对延时网络色散长度的选取实现波束扫描角度的控制。[0005]本发明提供一种基于光开关的波束扫描光控相控阵雷达，包括：[0006]一多波长激光器；[0007]一波长切换单元，其输入端与多波长激光器的输出端连接；[0008]—光放大器，其输入端与波长切换单元的输出端连接；[0009]—光纤，其一端与光放大器输出端连接；[0010]一调制器，其输入端与光纤的另一端连接，该调制器调制雷达信号；[0011]一光分束器，其输入端与调制器的输出端连接；[0012]一单模光纤阵列，其一端与光分束器输出端连接；[0013]一色散光纤阵列，其每一端与对应的单模光纤阵列的一端连接；[0014]一幅度控制器阵列，每一幅度控制器阵列的输入端与对应的色散光纤阵列连接；[0015]一移相器阵列，其每一输入端与幅度控制器阵列每一输出端连接；[0016]一光电探测器，其每一输入端与移相器阵列每一输出端连接。[0017]本发明的有益效果是，其能够实现波长的快速切换，以及扫描角度的控制。附图说明[0018]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，现在结合具体实例，并参照附图对本发明做进一步说明，其中：[0019]图1是本发明的原理结构图；[0020]图2是波长切换单元的多波长快速切换原理图。具体实施方式[0021]请参阅图1所示，本发明提供一种基于光开关的波束扫描光控相控阵雷达，包括：[0022]—多波长激光器1，该多波长激光器1中的每个光载波的波长可以独立控制，根据需求，对多波长激光器1各输出端进行选择与设置，使其相邻波长间隔保持0.lnm，中心频率为1545nm，输出的每个光载波幅度相位保持一致，每个光载波时间上为连续光；[0023]一波长切换单元2,其输入端与多波长激光器1的输出端连接，所述波长切换单元2的切换时间小于l〇ns，根据多波长激光器1的输出波长间隔，编写光开关程序使得多个光载波在时域上实现分离，光开关为1X8的纳秒级高速电光开关，其切换时间小于l〇ns，损耗小于5dBm，从而实现波长在所需范围内进行反复快速的扫描，也可通过编写开关程序，实现对某一波长的锁定，实现对特定方向的检测，当发现某一方向有异物时，可以将其锁定在其对应的波长上，从而进一步对物体分析并采取相应措施；[0024]—光放大器3,其输入端与波长切换单元2的输出端连接，输出的光载波经过光纤放大器EDFA对链路的损耗进行补偿，使得8个通道的信号的功率大小能够达到各器件的最佳工作状态，光放大器3的放大倍数以及3dB带宽，均根据链路所需进行选择；[0025]—光纤4，其一端与光放大器3输出端连接，为普通单模光纤，对光进行传输；[0026]—调制器5,其输入端与光纤4的另一端连接，，将放大后的光载波输入到强度调制器5,被发射的雷达信号在调制器5中进行电光转换调制，该调制器5调制雷达信号，将雷达信号调制到光载波上实现在光域上对电信号的传输，该调制器5的带宽大于20GHz，半波电压小于4V，雷达信号中心频率为10GHz，带宽为4GHz，通过偏置电压反馈电路板控制调制器5的工作点，可以使其稳定工作在所需状态上，输出信号达到稳定；[0027]—光分束器6,其输入端与调制器5的输出端连接，将调制后的光经过1:8的光分束器分成8路，构成8个通道，该8个通道的信号所携带信息完全一致，分束后的8路光信号分别进入8路光延时网络实现相位的改变；[0028]一单模光纤阵列7，其一端与光分束器6输出端连接；[0029]一色散光纤阵列8,其每一端与对应的单模光纤阵列7的一端进行熔接；[0030]其中单模光纤阵列7和色散光纤阵列8中的每一通道的连接方式为，单模光纤和色散光纤构成的延时线总长度可根据实际需求设定为l〇〇-2〇〇〇m，相邻光纤之间的色散光纤8的长度差为18.5m，色散系数为_140psnm.km，8个通道的延时均由不同长度的单模光纤7和色散光纤8构成，他们的总长度保持一致，色散光纤8的长度以固定差值的长度分布，相应的单模光纤7的长度也以对应的差值分布，形成如图1中虚线所示的通道之间的延时差，使得8个通道的光产生不同的相位，从而实现波束扫描角度的控制。[0031]一幅度控制器阵列9,每一幅度控制器阵列9的输入端与对应的色散光纤阵列8连接，对经过延时后的光幅度进行微调，补偿因链路损耗的不同造成的差异，从而保证8路光信号的幅度一致；[0032]一移相器阵列10,其每一输入端与幅度控制器阵列9每一输出端连接，。[0033]其中单模光纤阵列7、色散光纤阵列8、幅度控制器阵列9和移相器阵列10的通道数为4-64,移相器阵列10用于补偿由于外界环境的影响以及系统误差造成的相位偏差。[0034]一光电探测器11，其每一输入端与移相器阵列10每一输出端连接。[0035]其中光电探测器11的带宽大于20GHz，响应度大于〇.%AW，将8个通道的光信号分别转换成电信号。[0036]参阅图2所示，为波长切换单元的多波长快速切换原理图，多波长激光器1输出的光载波为时间上连续，频率上为中心频率l545nm，相邻波长间隔保持〇.lnm，为达到波长切换效果，即某一时刻仅有某一波长的光，一个周期内不同时刻不同波长的光呈现扫描状态，本发明利用程控光开关的方法实现，通过光开关对8个通道的光进行开断状态的控制，使得8个通道不同波长的光在不同时刻输出，从而实现了多波长快速切换。[0037]以上所述的具体实施事例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的说明。应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施事例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

权利要求：1.一种基于光开关的波束扫描光控相控阵雷达，包括：一多波长激光器；一波长切换单元，其输入端与多波长激光器的输出端连接；一光放大器，其输入端与波长切换单元的输出端连接；一光纤，其一端与光放大器输出端连接；一调制器，其输入端与光纤的另一端连接，该调制器调制雷达信号；一光分束器，其输入端与调制器的输出端连接；一单模光纤阵列，其一端与光分束器输出端连接；一色散光纤阵列，其每一端与对应的单模光纤阵列的一端连接；一幅度控制器阵列，每一幅度控制器阵列的输入端与对应的色散光纤阵列连接；一移相器阵列，其每一输入端与幅度控制器阵列每一输出端连接；一光电探测器，其每一输入端与移相器阵列每一输出端连接。2.根据权利要求1所述的基于光开关的波束扫描光控相控阵雷达，其中单模光纤阵列、色散光纤阵列、幅度控制器阵列和移相器阵列的通道数为4-64。3.根据权利要求3所述的基于光开关的波束扫描光控相控阵雷达，其中单模光纤阵列和色散光纤阵列中的每一通道的连接方式为，单模光纤和色散光纤构成的延时线总长度为100-2000m，相邻光纤之间的色散光纤的长度差为18.5m，色散系数为-140psnm•km。4.根据权利要求1所述的基于光开关的波束扫描光控相控阵雷达，其中多波长激光器中的每个光载波的波长可以独立控制，设置相邻波长间隔保持O.lnm，中心频率为l545nm〇5.根据权利要求1所述的基于光开关的波束扫描光控相控阵雷达，其中波长切换单元的切换时间小于1〇ns。6.根据权利要求1所述的基于光开关的波束扫描光控相控阵雷达，其中调制器的带宽大于20GHz，半波电压小于4V，雷达信号中心频率为10GHz，带宽为4GHz。7.根据权利要求1所述的基于光开关的波束扫描光控相控阵雷达，其中光电探测器的带宽大于20GHz，响应度大于〇.95AW。

百度查询： 中国科学院半导体研究所 基于光开关的波束扫描光控相控阵雷达

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