微波光子数字阵列雷达系统技术方案

本发明专利技术涉及微波光子数字阵列雷达技术领域，尤其涉及一种微波光子数字阵列雷达系统，该系统以微波光子数字TR组件为核心，由数字端和光子射频端组成。其中，光子射频端完成波形的产生与接收；数字端用于完成对TR组件功能的控制，包括：控制单元，其用以将系统显控单元输出的控制字信号分解为控制各个器件的指令并将各指令分别输送至对应的器件；多输出射频信号源，其用以根据控制单元的指令向光子射频端中对应部件输出相应的电信号；模数转换器，其用以将光子射频端输出的回波信号转换为数字信号；回波预处理单元，其用以接收模数转换器输出的数字信号并对数字信号进行预处理。该微波光子数字阵列雷达系统能够于多频段、大宽带工作。工作。工作。

【技术实现步骤摘要】
微波光子数字阵列雷达系统


[0001]本专利技术涉及微波光子数字阵列雷达
，尤其涉及一种微波光子数字阵列雷达系统。

技术介绍

[0002]雷达通常通过向目标发射电磁波来实现对目标的远距离发现与定位，相比于其他技术手段具有距离远、全天候、全天时的特征。经过一个世纪的发展，雷达在国家安全守卫和民用中都发挥着越来越重要的作用，尤其随着信息技术和人工智能等新技术交互融合发展，其用途将越来越广泛。雷达装备的发展主要动因是对抗始终处于快速发展的空天进攻武器。至今，雷达装备经历了非相参体制、全相参体制、固态相控阵体制、数字阵列体制，发展趋势为能量利用效率更高，探测性能更加优异，适应复杂对抗电磁环境能力更强。其中，数字阵列雷达代表着现有雷达装备先进体制，核心单元是以数字方式实现的TR(收发)组件，每个单元可在波形发射前实现对波形幅度、相位的高精度控制。数字阵列雷达相比于原有模拟阵列雷达，结构上更简单(只有信号处理机和数字TR组件组成的阵列天线前端)，性能上具有更大动态范围、易实现多波束、低损耗低副瓣、低角测高精度高等优势，且模块化的结构也使得其可制造性强和系统可靠性高。
[0003]目前，空天进攻武器朝极度隐身化、无人化、智能化趋势发展，这使得其种类更加多样、运动范围更加广阔，将对国防和市政安全带来严重威胁。能够及时发现目标并进行精准识别，从而采取有针对性的对抗手段，是应对上述威胁的有效途径。这向雷达装备提出频段可调、大带宽的要求。现有数字阵列雷达基于电子技术实现，受电磁兼容性和电子迁移速率影响难以实现多频段、大带宽工作。
[0004]微波光子技术作为微波技术和光子技术的交叉领域，可利用光子技术来解决传统微波电子在信号产生、传输和处理方面存在的不足，该技术展现出低相噪、超宽带、多频段等技术特征。因此，基于微波光子技术构建数字TR组件，进而构建微波光子数字阵列雷达系统可以满足上述安全守卫需求。微波光子数字阵列雷达从属于微波光子雷达，后者近年来已成为国内外研究热点。至今，有不同的微波光子雷达系统被报道，如首台全光架构多频段雷达(GhelfiP.,LaghezzaF.,Scotti F.,Serafino G.,Capria A.,Pinna S.,Onori D.,Porzi C.,Scaffardi M.,Malacarne A.A fully photonics
‑
based coherent radar system[J].Nature,2014,507(7492):341
‑
5)、超宽带成像雷达(Wang A.,Wo J.,Luo X.,Wang Y.,Cong W.,Du P.,Zhang J.,Zhao B.,Zhang J.,Zhu Y.,Lan J.,Yu L.Ka
‑
band microwave photonic ultra
‑
wideband imaging radar for capturing quantitative target information[J].Opt Express,2018,26(16):20708
‑
17)、分布式MIMO雷达(Maresca S.,Scotti F.,Serafino G.,Lembo L.,Malacarne A.,Falconi F.,Ghelfi P.,Bogoni A.Coherent MIMO radar network enabled by photonics with unprecedented resolution[J].Opt Lett,2020,45(14):3953
‑
6)等，展示了微波光子雷达的先进性。在微波光子阵列雷达方面，已有相关一些专利(王凯,刘登宝,李琳,王蕾.一种阵元数量低的平
面稀疏光控相控阵发射天线系统[P].安徽省：CN211880393U,2020
‑
11
‑
06；沈明亚.一种光子微波相控阵收发系统及其方法[P].江苏省：CN106027134B,2019
‑
09
‑
20；邹卫文,于磊,陈建平.基于光子参量采样的相控阵雷达接收装置[P].上海市：CN109085546A,2018
‑
12
‑
25)。在文献方面，南航课题组相继发表了基于倍频和去斜技术的宽带阵列雷达([1]张方正,高彬栋,潘时龙.基于微波光子倍频与去斜接收的宽带阵列雷达(特邀)[J].红外与激光工程,2021,50(07):62
‑
70.)和微波光子阵列雷达综述文章(Pan S,Ye X,Zhang Y,et al.Microwave photonic array radars[J].IEEE Journal of Microwaves,2021,1(1):176
‑
190.)。上述专利与文章对微波光子相控阵雷达系统进行了初步介绍和实验验证，但基于微波光子技术的数字阵列雷达还未见报道。

技术实现思路

[0005]为此，本专利技术提供一种微波光子数字阵列雷达系统，用以克服现有技术中数字阵列雷达基于电子技术实现，受电磁兼容性和电子迁移速率影响难以实现多频段、大带宽工作的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供一种微波光子数字阵列雷达系统，其核心为微波光子数字TR组件，该组件由数字端和光子射频端组成，其中，数字端用于完成对TR组件功能的控制，包括：
[0007]控制单元，其用以将系统显控单元输出的控制字信号分解为控制各个器件的指令并将各指令分别输送至对应的器件；
[0008]多输出射频信号源，其与所述控制单元相连，用以根据控制单元的指令向所述光子射频端中对应部件输出相应的电信号；
[0009]模数转换器，其与所述光子射频端相连，用以将光子射频端输出的回波信号转换为数字信号；
[0010]回波预处理单元，其与所述模数转换器相连，用以接收模数转换器输出的数字信号并对数字信号进行预处理。
[0011]进一步地，所述光子射频端通过光域频谱操控生成波形并通过光域变频接收回波，包括：
[0012]激光器，用以输出单频连续光；
[0013]第一相位调制器，其设置在所述激光器的输出端并与所述多输出射频信号源相连，用以接收多输出射频信号源输出的信号源并将其作为射频输入；所述第一相位调制器的输出端设有第一光滤波器；
[0014]光耦合器，其设置在所述第一光滤波器的输出端，用以将所述第一相位调制器输出的光信号并将光信号分为两路；所述光耦合器的一路输出端设有光放大器，另一路输出端设有第三光滤波器，光耦合器将通过第三光滤波器输出的光信号作为光本振信号；
[0015]第二相位调制器，其设置在所述光放大器的输出端并与所述多输出射频信号源相连，用以接收多输出射频信号源输出的信号源并将其作为射频输入；所述第二相位调制器的输出端设有第二光滤波器；
[0016]光衰本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微波光子数字阵列雷达系统，其特征在于，包括用以作为微波光子数字TR组件的数字端和光子射频端，其中，数字端用于完成对TR组件功能的控制，包括：控制单元，其用以将系统显控单元输出的控制字信号分解为控制各个器件的指令并将各指令分别输送至对应的器件；多输出射频信号源，其与所述控制单元相连，用以根据控制单元的指令向所述光子射频端中对应部件输出相应的电信号；模数转换器，其与所述光子射频端相连，用以将光子射频端输出的回波信号转换为数字信号；回波预处理单元，其与所述模数转换器相连，用以接收模数转换器输出的数字信号并对数字信号进行预处理。2.根据权利要求1所述的微波光子数字阵列雷达系统，其特征在于，所述光子射频端通过光域频谱操控生成波形并通过光域变频接收回波，包括：激光器，用以输出单频连续光；第一相位调制器，其设置在所述激光器的输出端并与所述多输出射频信号源相连，用以接收多输出射频信号源输出的信号源并将其作为射频输入；所述第一相位调制器的输出端设有第一光滤波器；光耦合器，其设置在所述第一光滤波器的输出端，用以将所述第一相位调制器输出的光信号并将光信号分为两路；所述光耦合器的一路输出端设有光放大器，另一路输出端设有第三光滤波器，光耦合器将通过第三光滤波器输出的光信号作为光本振信号；第二相位调制器，其设置在所述光放大器的输出端并与所述多输出射频信号源相连，用以接收多输出射频信号源输出的信号源并将其作为射频输入；所述第二相位调制器的输出端设有第二光滤波器；光衰减器，其位于所述第二光滤波器的输出端并与所述控制单元相连，用以将所述第二相位调制器输出的光信号进行衰减处理；第一光电探测器，其设置在所述光衰减器的输出端，用以将光衰减器输出的光信号转化为电信号，第一光电探测器的输出端设有第一电放大器；收发开关，其设置在所述第一电放大器的输出端并与天线单元相连，用以将第一电放大器输出的电信号输送至天线单元或接受天线单元输出的回波信号；第二电放大器，其与所述收发开关相连，用以放大收发开关输出的回波信号；强度调制器，其设置在所述第二电放大器和所述第三光滤波器的输出端，用以将第二电放大器输出的回波信号调制到所述光耦合器分出的另一路光；第二光电探测器，其设置在所述强度调制器的输出端，用以将强度调制器输出的回波调制后的光本振信号转换为电信号；所述第二光电探测器的输出端设有电滤波器；第三电放大器，其设置在所述电滤波器输出端并与所述模数转换器相连，用以放大电滤波器输出的电信号并将电信号输送至模数转换器。3.根据权利要求1所述的微波光子数字阵列雷达系统，其特征在于，所述光子射频端通过光域频谱操控生成波形并通过直采方式接收回波，包括：激光器，用以输出单频连续光；第一相位调制器，其设置在所述激光器的输出端并与所述多输出射频信号源相连，用
以接收多输出射频信号源输出的信号源并将其作为射频输入；所述第一相位调制器的输出端设有第一光滤波器；所述第一光滤波器的输出端设有光放大器；第二相位调制器，其设置在所述光放大器的输出端并与所述多输出射频信号源相连，用以接收多输出射频信号源输出的信号源并将其作为射频输入；所述第二相位调制器的输出端设有第二光滤波器；光衰减器，其位于所述第二光滤波器的输出端并与所述控制单元相连，用以将所述第二相位调制器输出的光信号进行衰减处理；第一光电探测器，其设置在所述光衰减器的输出端，用以将光衰减器输出的光信号转化为电信号，第一光电探测器的输出端设有第一电放大器；收发开关，其设置在所述第一电放大器的输出端并与天线单元相连，用以将第一电放大器输出的电信号输送至天线单元或接受天线单元输出的回波信号；第二电放大器，其与所述收发开关相连，用以放大收发开关输出的回波信号；电滤波器，其设置在所述第二电放大器的输出端并与所述模数转换器相连，用以对第二电放大器输出的回波信号进行滤波并将滤波后的回波信号输送至模数转换器。4.根据权利要求1所述的微波光子数字阵列雷达系统，其特征在于，所述光子射频端通过光域频谱操控生成波形并通过光域混频方式接收回波，包括：激光器，用以输出单频连续光；第一相位调制器，其设置在所述激光...

【专利技术属性】
技术研发人员：王党卫，王安乐，刘晓彤，王亚兰，张进，
申请(专利权)人：中国人民解放军空军预警学院，
类型：发明
国别省市：