宽带线性调频信号的光学生成技术及脉冲压缩性能分析

发布时间：2020-07-09 21:02

【摘要】：现代雷达系统中常采用脉冲压缩技术来提高雷达的探测能力,一般在发射端发送大时间带宽积信号,在接收端用匹配滤波的方式获得窄脉冲。然而,随着需求的日益丰富,雷达系统正朝着超宽带可重构、多功能一体化的方向发展。传统电子雷达系统受电子速率极限的限制,存在带宽有限、调谐性差、电磁干扰等电子瓶颈,难以生成大时间带宽积信号。近年来,新兴的微波光子学将微波技术与光学相结合,具有高频段、大带宽、功耗低、体积小和不受电磁干扰等优点,因而受到广泛的关注和研究。针对以上问题,本文基于微波光子学对线性调频信号生成技术进行了理论分析、数学推导和仿真模拟。具体的工作内容如下:1、介绍了微波光子学和现代雷达系统,阐述了微波光子雷达和线性调频信号生成技术的研究现状,对脉冲压缩技术和光学外调制技术进行了详细的分析。2、针对现有的三种典型方案进行了理论分析和仿真模拟,包括基于光脉冲频谱整形和频率-时间映射的生成方案、基于光学微波倍频的生成方案和基于级联马赫增德尔调制器(MZM)的双啁啾线性调频信号的生成方案。对比总结了不同方案的特点和不足。3、提出并仿真研究了基于双平行正交相移键控(DP-QPSK)调制器和相位调制器(PM)的线性调频信号生成方案。该方案根据连续光信号的外电光相位调制的原理,通过使用集成调制器件避免了其他方案中滤波器对系统调谐性能的影响。仿真生成了中心频率10 GHz(或20 GHz)、带宽2 GHz(或4 GHz)的线性调频信号,方案调谐性能良好。4、提出并仿真研究了基于双平行马赫增德尔调制器(DP-MZM)的二倍频双啁啾线性调频信号生成方案。该方案仅通过一个调制器生成双啁啾信号,能够有效避免距离-多普勒耦合效应对雷达系统探测精度的影响。二倍频使得方案降低了本振需求,可以产生更高中心频率的线性调频信号。仿真最高生成了中心频率20 GHz、带宽4GHz、时宽1μs的双啁啾线性调频信号,脉冲压缩比可达3704,脉冲压缩性能优秀。
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN957.51
【图文】：

示意图,微波光子,示意图

第一章绪论3图1.1 微波光子链路结构示意图微波光子链路结构如图 1.1 所示，光源生成的光波输入到电光调制器，光波被输入电信号调制，调制输出的光波经过一系列传输、放大、滤波等处理，最终通过光电转换输出电信号。微波光子链路通过电信号-光信号-电信号的转换，实现了微波信号在光域的传输和处理，具有大带宽、高频段、不受电磁干扰和低损耗等优点。1.2 国内外研究现状1.2.1 微波光子雷达微波光子雷达是基于微波光子技术的现代雷达系统，是新一代多功能、高性能雷达系统的重要组成之一。通过将雷达系统中信号的生成、变频、传输、延时、移相、滤波等模块通过光子技术实现，形成一个微波和光的综合系统，这样的雷达就是微波光子雷达。如图 1.2 所示[9]，随着对微波光子各个技术点研究的不断深入，结合各个关键技术点的微波光子雷达系统也已经从仅采用光纤搭建模拟光链路进行雷达信号的传输

方向图,微波光子,雷达技术,混合光电集成

微波光子雷达技术的发展方向

光子学,系统构架

他们研制的光子学数字雷达样机是目前光子学程度较高的雷达系统，系统构架如图1.3 所示。图1.3 光子学的全数字雷达系统构架（PHODIR）该项目利用光子技术研究、设计和实现全数字雷达系统，完成雷达信号的光子学生成和处理，以克服传统电子雷达的性能限制。该系统通过锁模激光器（ModeLockedLaser, MLL）产生低定时抖动的激光脉冲周期序列，该序列在频域体现为类似光梳的分别独立的谱线。利用两个光带通滤波器滤出需要的两条谱线，再结合一个高速光电探测器（Photodetector,PD），能够产生 10~50GHz 的本振信号。在产生超宽带雷达信号时，需要在光电探测之前对滤波器滤出的其中一条谱线进行相位编码，拍频之后就能够得到微波脉冲压缩信号。另外，PHODIR 项目第一次设计并实现用于全数字雷达系统的射频接收器

【参考文献】