一种基于直调激光器的跳频通信系统和跳频信号生成方法技术方案

本发明专利技术提供了一种基于直调激光器的跳频通信系统和跳频信号生成方法，以光外差的形式，一路利用幅度跳变的电信号驱动直调激光器和级联的光强度调制器获得频率跳变的光载波；另一路利用电光调制器将基带电信号调制到光波，将两路光信号合路并在光电探测器处进行拍频，得到宽带、高速频率跳变的射频电信号。本发明专利技术的方案简单高效，支持超大带宽和超高跳变速度，广泛应用于超宽带高速跳频通信系统中，具有较强的工程实用性。

A frequency hopping communication system and frequency hopping signal generation method based on direct modulation laser

【技术实现步骤摘要】
一种基于直调激光器的跳频通信系统和跳频信号生成方法
本专利技术属于光载无线通信
，具体涉及一种基于直调激光器的跳频通信系统和跳频信号生成方法。
技术介绍
跳频通信具有良好的抗干扰和抗截获能力，故广泛应用于各种通信场景，尤其是军事电子对抗领域。跳频通信系统中的一个重要模块是频率合成器，用于生成频率跳变的射频源，目前常用的频率合成技术包括锁相式频率合成、直接数字频率合成以及它们的组合。锁相式频率合成通过锁相环完成频率的合成，该方法结构简化,且频谱纯度高；但由于反馈回路的固有时延,其跳变速度受到限制。直接数字频率合成是一种基于数字信号处理的频率合成技术，该方法直接对参考正弦时钟进行抽样和数字化,然后通过数字计算技术进行频率合成；由于其采用线性的工作方式来输出需要的频率，具有极快的跳频速度，但受数模转换器的分辨率限制，在对参考信号数字化时会产生幅度量化误差，从而影响输出频谱，带来一定的杂散信号。有一些技术将上述两种方法组合来弥补各自的不足，但现有技术都受到电子器件带宽的限制，难以产生超宽带的射频源。为满足未来通信系统越来越高的带宽要求，需要寻找新的跳变频率合成方法。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：提供一种基于直调激光器的跳频通信系统和跳频信号生成方法，用于生成宽带、快速跳变的射频源。本专利技术为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种基于直调激光器的跳频通信系统，包括驱动信号源、直调激光器、光强度调制器、连续光源、电光调制器和光电探测器；直调激光器的光输出端与光强度调制器的光输入端连接，驱动信号源的信号输出端分别与直调激光器和强度调制器的信号输入端连接，连续光源的光输出端与电光调制器的光输入端连接，光强度调制器和电光调制器的光输出端分别与光电探测器的光输入端连接；驱动信号源用于分别生成驱动直调激光器的幅度跳变的驱动电信号1和驱动光强度调制器的驱动电信号2；直调激光器用于根据驱动电信号1生成频率跳变的光载波；光强度调制器用于根据驱动电信号2对直调激光器输出的光信号进行外调制以控制光功率；连续光源用于生成连续光波；电光调制器用于将基带电信号调制到连续光波；光电探测器用于将光强度调制器和电光调制器输出的两路光信号拍频并转换为频率跳变的射频电信号。按上述方案，还包括光耦合器，光强度调制器和电光调制器的光输出端通过光耦合器合并后与光电探测器的光输入端连接。进一步的，还包括高通滤波器，光电探测器的信号输出端与高通滤波器的信号输入端连接，高通滤波器用于滤除谐波。一种基于直调激光器的跳频信号生成方法，包括以下步骤：S1：通过幅度跳变的驱动电信号1控制直调激光器输出的光波长，用直调激光器的啁啾效应产生频率跳变的光载波；S2：根据直调激光器的驱动电信号1设置光强度调制器的驱动电信号2，对直调激光器输出的光信号进行外调制，控制光功率以减少光信号功率的抖动；S3：连续光源生成连续光波，电光调制器将基带电信号调制到连续光波；S4：通过光外差法将将步骤S2和S3得到的两路光信号合并送入光电探测器处拍频，产生频率为两光波频率差的频率跳变的射频电信号。进一步的，所述的步骤S2中，具体步骤为：设直调激光器的量子效率即线性区的工作曲线斜率为GL，直调激光器的阈值电流为Ith，则直调激光器输出的光功率Pout与驱动电流I的关系为：Pout＝GL(I-Ith)。进一步的，所述的步骤S4中，具体步骤为：S41：设基带信号为x(t)，各频率分量为ωn，该频率分量对应的时间序列为tn，则频率跳变的射频电信号s(t)为：s(t)＝x(t)·(cosω1t1+cosω2t2+…+cosωntn)；S42：通过高通滤波器滤除s(t)中的谐波，得到频率为两光波频率差的频率跳变的射频电信号。本专利技术的有益效果为：1.本专利技术的一种基于直调激光器的跳频通信系统和跳频信号生成方法通过幅度跳变的电信号驱动直调激光器得到频率跳变的光载波，实现了生成宽带、快速跳变的射频源的功能，能够应用于对带宽和频率跳变速度有较高要求的跳频通信系统中。2.本专利技术的方案简单高效，具有复杂度低、性能上限好、信噪比高的特点，工程实用性强。附图说明图1是本专利技术实施例的基于直调激光器的超宽带跳频通信系统的原理框图。图2是本专利技术实施例的跳变频信号的生成方法流程图。图3是本专利技术实施例的直调激光器工作曲线图。图4是本专利技术实施例的双幅度驱动波形图。图5是本专利技术实施例的双幅度驱动波形的对应光谱图。图6是本专利技术实施例的三幅度驱动波形图。图7是本专利技术实施例的三幅度驱动波形的对应光谱图。图8是本专利技术实施例的三幅度驱动的包络与原始信号的均方根误差曲线图。图9是本专利技术实施例的原始基带信号波形图。图10是本专利技术实施例的无强度调制器时包络检波后信号波形图。图11是本专利技术实施例的有强度调制器时包络检波后信号波形图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。参见图1，本专利技术的一种基于直调激光器的跳频通信系统包括驱动信号源、直调激光器、光强度调制器、连续光源、电光调制器、光耦合器、光电探测器和高通滤波器；直调激光器的光输出端与光强度调制器的光输入端连接，驱动信号源的信号输出端分别与直调激光器和强度调制器的信号输入端连接，连续光源的光输出端与电光调制器的光输入端连接，光强度调制器和电光调制器的光输出端通过光耦合器合并后与光电探测器的光输入端连接，光电探测器的信号输出端与高通滤波器的信号输入端连接，高通滤波器依次连接平方器和低通滤波器；驱动信号源用于分别生成驱动直调激光器的幅度跳变的驱动电信号1和驱动光强度调制器的驱动电信号2；直调激光器用于根据驱动电信号1生成频率跳变的光载波；光强度调制器用于根据驱动电信号2对直调激光器输出的光信号进行外调制以控制光功率；连续光源用于生成连续光波；电光调制器用于将基带电信号调制到连续光波；光电探测器用于将光强度调制器和电光调制器输出的两路光信号拍频并转换为频率跳变的射频电信号，高通滤波器用于滤除谐波。参见图2，一种基于直调激光器的跳频信号生成方法，包括以下步骤：S1：通过幅度跳变的驱动电信号1控制直调激光器输出的光波长，用直调激光器的啁啾效应产生频率跳变的光载波信号。S2：根据直调激光器的驱动电信号1设置光强度调制器的驱动电信号2，对直调激光器输出的光信号进行外调制，控制光功率以减少光信号功率的抖动；当驱动电流大于直调激光器的阈值电流时，激光器处于线性工作区，设直调激光器的量子效率即线性区的工作曲线斜率为GL，直调激光器的阈值电流为Ith，则直调激光器输出的光功率Pout与驱动电流I的关系为：Pout＝GL(I-Ith)。S3：连续光源生成连续光波，电光调制器将基带电信号调制到连续光波；S4：通过光外差法将步骤S2和S3得到的两路光信号合并送入光电探测器处拍频，产生频率为两路光波频率本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于直调激光器的跳频通信系统，其特征在于：包括驱动信号源、直调激光器、光强度调制器、连续光源、电光调制器和光电探测器；/n直调激光器的光输出端与光强度调制器的光输入端连接，驱动信号源的信号输出端分别与直调激光器和强度调制器的信号输入端连接，连续光源的光输出端与电光调制器的光输入端连接，光强度调制器和电光调制器的光输出端分别与光电探测器的光输入端连接；/n驱动信号源用于分别生成驱动直调激光器的幅度跳变的驱动电信号1和驱动光强度调制器的驱动电信号2；/n直调激光器用于根据驱动电信号1生成频率跳变的光载波；/n光强度调制器用于根据驱动电信号2对直调激光器输出的光信号进行外调制以控制光功率；/n连续光源用于生成连续光波；/n电光调制器用于将基带电信号调制到连续光波；/n光电探测器用于将光强度调制器和电光调制器输出的两路光信号拍频并转换为频率跳变的射频电信号。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于直调激光器的跳频通信系统，其特征在于：包括驱动信号源、直调激光器、光强度调制器、连续光源、电光调制器和光电探测器；
直调激光器的光输出端与光强度调制器的光输入端连接，驱动信号源的信号输出端分别与直调激光器和强度调制器的信号输入端连接，连续光源的光输出端与电光调制器的光输入端连接，光强度调制器和电光调制器的光输出端分别与光电探测器的光输入端连接；
驱动信号源用于分别生成驱动直调激光器的幅度跳变的驱动电信号1和驱动光强度调制器的驱动电信号2；
直调激光器用于根据驱动电信号1生成频率跳变的光载波；
光强度调制器用于根据驱动电信号2对直调激光器输出的光信号进行外调制以控制光功率；
连续光源用于生成连续光波；
电光调制器用于将基带电信号调制到连续光波；
光电探测器用于将光强度调制器和电光调制器输出的两路光信号拍频并转换为频率跳变的射频电信号。


2.根据权利要求1所述的一种基于直调激光器的跳频通信系统，其特征在于：还包括光耦合器，光强度调制器和电光调制器的光输出端通过光耦合器合并后与光电探测器的光输入端连接。


3.根据权利要求2所述的一种基于直调激光器的跳频通信系统，其特征在于：还包括高通滤波器，光电探测器的信号输出端与高通滤波器的信号输入端连接，高通滤波器用于滤除谐波。


4.基于权利要求1到3中任意一项所述的一种基于直调激光器的跳频通信系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶理，王瑞，黎梦雪，王之立，谭辉，
申请(专利权)人：中国舰船研究设计中心，
类型：发明
国别省市：湖北;42