本發(fā)明涉及雷達領(lǐng)域，尤其一種全光鏈增益收發(fā)一體化雷達系統(tǒng)及使用方法。

背景技術(shù)：

近年來，隨著光電子器件和光纖通信技術(shù)的進步，以光信號為傳輸載體，空間或者光纖作為媒介，對某一物理信息進行檢測、傳輸和處理的需求日益增多。在傳統(tǒng)的光纖通信技術(shù)發(fā)展的同時，出現(xiàn)了諸如光纖傳感、激光雷達、微波光子學、集成光學等新興研究領(lǐng)域，并取得了快速發(fā)展。

隨著雷達技術(shù)取得突破性的進展，未來戰(zhàn)場將形成一個以高密度、多頻譜、多參數(shù)捷變以及多種工作體制和多種抗干擾技術(shù)綜合應用為特征的雷達威脅信號環(huán)境。

為了適應更為復雜的電磁環(huán)境，對新型電子戰(zhàn)裝備也提出了更高要求，其功能也變得的多樣和復雜。單一功能已經(jīng)不能滿足作戰(zhàn)需求，各類車載、機載及星載電子戰(zhàn)裝上林立布置著各種天線孔徑及相應的射頻前端口，這直接導致對平臺尺寸、功耗的要求越來越高，并且射頻模塊種類也越來越多，處理電路也越來越復雜。

為了更好地抗擊電磁干擾，降低傳輸損耗，科研工作者提出了全光雷達。本發(fā)明給出了一種全光鏈路增益一體化雷達系統(tǒng)方案，能夠?qū)崿F(xiàn)全光中繼放大、全光變頻和全光采樣雷達。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于在復雜的電磁環(huán)境中，怎樣更好地抗擊電磁干擾，降低傳輸損耗，因此在此提供一種全光鏈增益收發(fā)一體化雷達系統(tǒng)及使用方法。

一種全光鏈路增益收發(fā)一體化雷達系統(tǒng)，其特征在于，包括脈沖鎖模激光器、波形處理模塊、全光中繼放大模塊、寬帶光電探測器、電環(huán)形開關(guān)、天線、接收模塊；

脈沖鎖模激光器包括第一輸出端口和第二輸出端口；所述波形處理模塊包括光輸入端口c和光輸出端口d，全光中繼放大模塊包括輸出端口g，光輸出端口c與脈沖鎖模激光器的第一輸出端口連接，輸出端口d與全光中繼放大模塊的輸入端口連接，全光中繼放大模塊的輸出端口g與寬帶光電探測器的輸入端口連接；

電環(huán)形開關(guān)包括一個輸入端口h一個輸出端口j和一個雙向端口i，電環(huán)形開關(guān)輸入端口h接收光電探測器輸出的雷達信號并經(jīng)過雙向端口i輸出給天線；

天線，其用于發(fā)射雷達信號，另外，天線還接收探測回波信號，然后將探測的回波信號經(jīng)過電環(huán)形開關(guān)的雙向端口i輸入給電環(huán)形開關(guān)的輸出端口j；

接收模塊，其分為光輸入端口l，電調(diào)制端口k，其中脈沖鎖模激光器產(chǎn)生的光經(jīng)過第二輸出端口與光輸入端口l連接輸入到接收模塊中，并且電環(huán)形開關(guān)的輸出端口j與電調(diào)制端口k連接。

優(yōu)化的，波形處理模塊包括第一強度調(diào)制器、碼型發(fā)生器、連續(xù)波微波信號源，所述第一強度調(diào)制器包括光輸入端口c，光輸出端口d，電輸入端口a,電輸入端口b，所述光輸入端口c與脈沖鎖模激光器的第一輸出端口連接，光輸出端口d與全光中繼放大模塊的輸入端口連接；所述碼型發(fā)生器的輸出端口與電輸入端口a連接，連續(xù)波微波信號源與電輸入端口b連接。

優(yōu)化的，所述全光中繼放大模塊包括可調(diào)諧激光器、光環(huán)形器、色散位移光纖，所述光環(huán)形器包括輸入端口e、雙向端口f、輸出端口g,輸入端口e與可調(diào)諧激光器的輸出端口連接，雙向端口f與色散位移光纖連接，輸出端口g與寬帶光電探測器的輸入端口連接。

優(yōu)化的，所述色散位移光纖接收來自第一強度調(diào)制器輸出的光信號以及光環(huán)形器的雙向端口f的輸出的受激布里淵泵浦光。

優(yōu)化的，所述接收模塊包括第二強度調(diào)制器、光采樣模塊、電處理芯片，所述第二強度調(diào)制器包括光輸入端口l，電調(diào)制端口k、光輸出端口m，所述光輸出端口m與光采樣模塊的輸入端口連接，所述光采樣模塊的輸出端口與電處理芯片的輸入端口連接。

優(yōu)化的，所述鎖模脈沖鎖模激光器為基于光纖原理的鎖模機制或基于半導體的鎖模機制。

優(yōu)化的，所述碼型發(fā)生器為電信號發(fā)生器或電任意波形發(fā)生器。

優(yōu)化的，所述可調(diào)諧激光器的輸出功率不小于6mw。

優(yōu)化的，所述第一強度調(diào)制器為雙平衡馬赫曾德爾強度調(diào)制器。

一種使用上述雷達系統(tǒng)的方法，其特征在于，脈沖鎖模激光器經(jīng)光耦合器分為兩路，一路輸入給第一強度調(diào)制器，另一路輸入給第二強度調(diào)制器；第一強度調(diào)制器的兩路電輸入端口a，b分別通過任意波形發(fā)生器輸入雷達脈沖信號和微波信號源輸入移頻微波信號，第一強度調(diào)制器的光輸出端口d連接色散位移光纖；與此同時，利用可調(diào)諧激光器向光環(huán)形器的輸入端口e輸入連續(xù)波光信號，經(jīng)過光環(huán)形器雙向端口f輸入一段色散位移光纖，環(huán)形器輸出端口g耦合輸出經(jīng)過受激布里淵作用后的信號光經(jīng)過光電探測器進行光電信號轉(zhuǎn)換后輸入給電環(huán)形開關(guān)，并經(jīng)過環(huán)形開關(guān)雙向端口i輸出給天線發(fā)射出去；相對應的，經(jīng)過天線接收的回波信號經(jīng)過第二強度調(diào)制器將該待處理信號加載到鎖模脈沖鎖模激光器輸出的信號上，然后通過光采樣模塊進行光學采樣，并最終降到低頻后在電處理芯片中進行電處理。

本發(fā)明的優(yōu)點在于：

(1)本發(fā)明的優(yōu)點在于通過單一的脈沖鎖模激光器實現(xiàn)了雷達信號的發(fā)射和接收，代替了傳統(tǒng)雷達的光發(fā)射和接收的同本振要求，與此同時，利用全光產(chǎn)生了多載頻點信號，實現(xiàn)了雷達信號的全頻段快速切換以及高靈敏度探測，并且利用受激布里淵散射效應對需要的邊帶進行選擇性放大，省去了對后續(xù)電信號發(fā)射端口對電濾波器的需求，并且對光電探測器的探測靈敏度和飽和容忍度均降低要求；在接收端口，利用同一脈沖光源進行全光采樣，降低了傳統(tǒng)電接收端口對電處理芯片的高頻段要求。

(2)本發(fā)明中脈沖鎖模激光器作為光發(fā)射與接收的光源，脈沖鎖模激光器產(chǎn)生的光經(jīng)過第二強度調(diào)制器將雷達接收的回波信號，第二強度調(diào)制器的電輸入端口調(diào)制到光脈沖的幅度上，并通過光輸出端口m輸出。

(3)本發(fā)明中連續(xù)波微波信號源主要是用于對脈沖鎖模激光器輸出的光脈沖在頻域上實現(xiàn)多波長的移頻。連續(xù)波微波信號源通過雙平衡馬赫曾德爾強度調(diào)制器電輸入端口b并且通過控制該端口對應的強度調(diào)制器的偏置點電壓實現(xiàn)載波抑制雙邊帶調(diào)制。

(4)本發(fā)明中可調(diào)諧激光器輸出連續(xù)波光信號用于受激布里淵泵浦光源，對其要求是光功率滿足受激布里淵散射效應的泵浦光功率的功率要求，其中泵浦光功率為可調(diào)諧激光器輸出之后經(jīng)過光環(huán)形器后的光功率。

(5)光環(huán)形器主要用于對泵浦光和信號光單向作用并耦合輸出給光電探測器。

(6)色散位移光纖接收來自雙平衡馬赫曾德爾強度調(diào)制器輸出的光信號以及光環(huán)形器的雙向端口f的輸出受激布里淵泵浦光，并在該色散位移光纖中發(fā)生受激布里淵非線性效應，對期望被放大的光信號進行選擇性放大。

(7)寬帶光電探測器主要用于對泵浦光作用后的信號光進行選擇性光放大，并要求光電探測器的探測靈敏度較低，能夠忽略未被泵浦放大的信號邊帶。

(8)光采樣模塊用于接收第二強度調(diào)制器的輸出調(diào)制脈沖，并利用光時分復用原理對脈沖進行分時采樣，降低采樣率，并進行光電轉(zhuǎn)換。電處理模塊用于接收來自光采樣模塊的輸出電信號進行電處理，最終得到待測物的信息。

(9)本發(fā)明基于鎖模激光器作為雷達系統(tǒng)的收發(fā)源，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，同時降低了系統(tǒng)成本。利用雙平衡馬赫曾德爾強度調(diào)制器對鎖模激光器進行雷達基帶信號加載并且變頻處理；利用光纖受激布里淵散射效應根據(jù)系統(tǒng)需要選擇性放大特定的邊帶，通過低靈敏度光電探測器得到需要的載頻信號。

(10)基于該項技術(shù)產(chǎn)生的雷達收發(fā)系統(tǒng)，克服了傳統(tǒng)電子學方法在帶寬、重量、體積、電磁兼容等方面的難題。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一種全光鏈增益收發(fā)一體化雷達系統(tǒng)的原理圖。

具體實施方式

如圖1所示，一種全光鏈路增益收發(fā)一體化雷達系統(tǒng)，包括脈沖鎖模激光器1、波形處理模塊、全光中繼放大模塊、寬帶光電探測器8、電環(huán)形開關(guān)9、天線10、接收模塊。

脈沖鎖模激光器1包括第一輸出端口和第二輸出端口；波形處理模塊包括第一強度調(diào)制器2、碼型發(fā)生器3、連續(xù)波微波信號源4，所述第一強度調(diào)制器2包括光輸入端口c，光輸出端口d，電輸入端口a,電輸入端口b。所述全光中繼放大模塊包括可調(diào)諧激光器5、光環(huán)形器6、色散位移光纖7，所述光環(huán)形器6包括輸入端口e、雙向端口f、輸出端口g。所述接收模塊包括第二強度調(diào)制器11、光采樣模塊12、電處理芯片13。

所述波形處理模塊中的第一強度調(diào)制器2包括光輸入端口c和光輸出端口d，全光中繼放大模塊中的光環(huán)形器6包括輸出端口g，光輸出端口c與脈沖鎖模激光器1的第一輸出端口連接，輸出端口d與全光中繼放大模塊中的色散位移光纖7的輸入端口連接，輸出端口g與寬帶光電探測器8的輸入端口連接。所述碼型發(fā)生器3的輸出端口與電輸入端口a連接，連續(xù)波微波信號源4與電輸入端口b連接。

光環(huán)形器6的輸入端口e與可調(diào)諧激光器5的輸出端口連接，雙向端口f與色散位移光纖7連接，輸出端口g與寬帶光電探測器8的輸入端口連接。

電環(huán)形開關(guān)9包括一個輸入端口h一個輸出端口j和一個雙向端口i，電環(huán)形開關(guān)9輸入端口h接收光電探測器輸出的雷達信號并經(jīng)過雙向端口i輸出給天線10。

天線10，其用于發(fā)射雷達信號，另外，天線10還接收探測回波信號，然后將探測的回波信號經(jīng)過電環(huán)形開關(guān)9的雙向端口i輸入給電環(huán)形開關(guān)9的輸出端口j。

接收模塊，其分為光輸入端口l，電調(diào)制端口k，其中脈沖鎖模激光器1產(chǎn)生的光經(jīng)過第二輸出端口與光輸入端口l連接輸入到接收模塊中，并且電環(huán)形開關(guān)9的輸出端口j與電調(diào)制端口k連接。

所述第二強度調(diào)制器11包括光輸入端口l，電調(diào)制端口k、光輸出端口m，所述光輸出端口m與光采樣模塊12的輸入端口連接，所述光采樣模塊12的輸出端口與電處理芯片13的輸入端口連接。

脈沖鎖模激光器1作為光發(fā)射與接收的光源，脈沖鎖模激光器1產(chǎn)生的光經(jīng)過第二強度調(diào)制器11將雷達接收的回波信號，第二強度調(diào)制器11的電輸入端口調(diào)制到光脈沖的幅度上。

連續(xù)波微波信號源4主要是用于對脈沖鎖模激光器1輸出的光脈沖在頻域上實現(xiàn)多波長的移頻。連續(xù)波微波信號源4通過雙平衡馬赫曾德爾強度調(diào)制器電輸入端口b并且通過控制該端口對應的強度調(diào)制器的偏置點電壓實現(xiàn)載波抑制雙邊帶調(diào)制。

可調(diào)諧激光器5輸出連續(xù)波光信號用于受激布里淵泵浦光源，對其要求是光功率滿足受激布里淵散射效應的泵浦光功率的功率要求，其中泵浦光功率為可調(diào)諧激光器5輸出之后經(jīng)過光環(huán)形器6后的光功率。

光環(huán)形器6主要用于對泵浦光和信號光單向作用并耦合輸出給光電探測器。

寬帶光電探測器8主要用于對泵浦光作用后的信號光進行選擇性光放大，并要求光電探測器的探測靈敏度較低，能夠忽略未被泵浦放大的信號邊帶。

光采樣模塊12用于接收第二強度調(diào)制器11的輸出調(diào)制脈沖，并利用光時分復用原理對脈沖進行分時采樣，降低采樣率，并進行光電轉(zhuǎn)換。電處理模塊用于接收來自光采樣模塊12的輸出電信號進行電處理，最終得到待測物的信息。

優(yōu)化的，所述鎖模脈沖鎖模激光器1為基于光纖原理的鎖模機制或基于半導體的鎖模機制。

優(yōu)化的，所述碼型發(fā)生器3為電信號發(fā)生器或電任意波形發(fā)生器。

優(yōu)化的，所述可調(diào)諧激光器5的輸出功率不小于6mw。

優(yōu)化的，所述第一強度調(diào)制器2為雙平衡馬赫曾德爾強度調(diào)制器。

所述色散位移光纖7接收來自雙平衡馬赫曾德爾強度調(diào)制器輸出的光信號以及光環(huán)形器6的雙向端口f的輸出的受激布里淵泵浦光，并在該色散位移光纖7中發(fā)生受激布里淵非線性效應，對期望被放大的光信號進行選擇性放大。

優(yōu)化的，本發(fā)明中雙平衡馬赫曾德爾強度調(diào)制器分為上下兩路強度調(diào)制器，其中上路強度調(diào)制器通過控制偏置電壓用于實現(xiàn)對脈沖電信號的線性調(diào)制，下路強度調(diào)制器通過控制偏置電壓用于實現(xiàn)對移頻電信號的載波抑制雙邊帶調(diào)制。

一種使用上述雷達系統(tǒng)的方法，脈沖鎖模激光器1經(jīng)光耦合器分為兩路，一路輸入給第一強度調(diào)制器2，另一路輸入給第二強度調(diào)制器11；第一強度調(diào)制器2的兩路電輸入端口a，b分別通過任意波形發(fā)生器輸入雷達脈沖信號和微波信號源輸入移頻微波信號，第一強度調(diào)制器2的光輸出端口d連接色散位移光纖7；與此同時，利用可調(diào)諧激光器5向光環(huán)形器6的輸入端口e輸入連續(xù)波光信號，經(jīng)過光環(huán)形器6雙向端口f輸入一段色散位移光纖7，環(huán)形器輸出端口g耦合輸出經(jīng)過受激布里淵作用后的信號光經(jīng)過光電探測器進行光電信號轉(zhuǎn)換后輸入給電環(huán)形開關(guān)9，并經(jīng)過環(huán)形開關(guān)雙向端口i輸出給天線10發(fā)射出去；相對應的，經(jīng)過天線10接收的回波信號經(jīng)過第二強度調(diào)制器11將該待處理信號加載到鎖模脈沖鎖模激光器1輸出的信號上，然后通過光采樣模塊12進行光學采樣，并最終降到低頻后在電處理芯片13中進行電處理。

以上僅為本發(fā)明創(chuàng)造的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明創(chuàng)造，凡在本發(fā)明創(chuàng)造的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明創(chuàng)造的保護范圍之內(nèi)。