【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及微波信号到达时间差估计领域，尤其涉及基于光子级联移频环的大范围到达时间差估计方法及装置。
技术介绍
1、基于到达时间差(tdoa)的被动定位技术以其定位精度高、速度快、隐蔽性好的优势更是受到重视，在电子战等领域有着广泛的应用。
2、tdoa估计方法中，相关法是最为经典的，它通过搜索相关函数的峰值对信号之间的到达时间差进行估计。现有的数字估计方法通过模数转换器采集两个信号，进行数字处理求出其到达时间差，其受采样定理、计算量和存储容量的限制，难以做到大带宽、实时和大延时范围的到达时间差估计(参见文献：b.murmann,"the race for the extradecibel:a brief review of current adc performance trajectories",ieee solid-state circuits mag.,vol.7,no.3,pp.58-66,2015.)。现有的模拟域方法通过多个模拟滞后相关器串联的方式实现对每点的相关函数求解(参见文献：c.-t.li,d.y.kubo,w.wilson,et al.,"amibawideband analog correlator",astrophys.j,vol.716,pp.746-757,2010.)，虽然能够做到实时计算，但其由于结构和成本的限制，只能计算少量时间点的相关函数，且在信号带宽较大时，由于采样定理的限制，无法做到大时延范围和大带宽兼顾。因此，尚缺乏一种有效的办法，对宽带信号进行实时大范围的相关处理，得到
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题在于克服传统模拟电学领域到达时间差估计方法无法做到大带宽与大时延范围兼顾的缺点，采用模拟光学方法，实现对两个信号的实时、大带宽、大延时范围到达时间差估计。
2、本专利技术具体采用以下技术方案解决上述技术问题：
3、基于光子级联移频环的大范围到达时间差估计方法，具体步骤包括：将频率为f0的光信号分为两路，送入两个调制器中，分别用两个天线接收雷达回波信号对其进行幅度调制；上下两路进入相同结构但不同参数的两个级联双向移频环路，获得两组时延与频率相关的超宽带多频光幅度调制信号；将上下两路光信号用2*2耦合器合束后再次分成两路正交光信号进入平衡光电探测器进行拍频，拍频信号通过低通滤波器输出；对输出信号的频谱进行检测，依据最大功率所对应的频率可直接计算两回波信号的到达时间差。
4、进一步地，所述双向移频环路为一个二输入二输出的模块，将两个级联双向移频环路分别编号为移频环1和移频环2，这两个移频环结构相同，主要包括：
5、四个光耦合器，分别位于环路四角，用于耦合输入或输出信号；
6、可调光带通滤波器，移频环1中，设置其在f0～(n-1)f1范围带通，其余范围带阻，移频环2中，设置其在f0～(n-1)f1+(m-1)f3+(n×m-1)δf34范围带通，其余范围带阻，其中f0为光载波频率，n，m分别为移频环1和移频环2的最大循环次数加一，f1为驱动声光移频器1的信号源的频率，f3为驱动声光移频器3的信号源的频率，f4为驱动声光移频器4的信号源的频率，δf34＝f4-f3；
7、双向移频模块，用于对双向光信号分别产生不同的一对频移f和延时τ；
8、光放大器，可以实现双向的光放大。
9、进一步地，所述双向移频模块包括：
10、两个光环形器，分别位于上下两个输入/输出口，用于将两个不同方向的光分成左右两路；
11、两个声光移频器，分别位于左右两路上，用于对调制光信号进行移频，其中移频环1中左右两个声光移频器编号为1，2；移频环2中左右两个声光移频器编号为3，4；
12、两个信号源，分别位于左右两路上，用于产生固定频率的信号输入移频器，其中移频环1中左右两个信号源的频率为f1，f2；移频环2中左右两个信号源的频率为f3，f4；
13、一个可调光延时线，位于其中一路，用于产生可调节的时延，让信号从两个方向经过后产生时延差，其在移频环1和2中产生的时延差分别为δτ12和δτ34。
14、进一步地，所述双向移频模块还需满足以下条件：
15、
16、其中，f1，f2，f3，f4分别为四个信号源的频率，δτ12和δτ34分别为两个移频环的时延差，n，m分别为移频环1和移频环2的最大循环次数加一。
17、进一步地，所述双向移频模块在已知信号带宽b的情况下还需满足以下条件：
18、
19、其中δτ34为移频环2中两路信号的时延差。
20、进一步地，所述低通滤波器的截止频率为(n×m-1)δf34，其中n，m，δf34分别为频环1和移频环2的最大循环次数加一、移频环2中两路信号的移频差。
21、进一步地，所述输出信号的频谱以δf34的倍数采样后做傅里叶变换，通过频谱最大点的频率fmax计算出两个雷达信号的到达时间差，计算公式为：
22、
23、其中t为到达时间差，δτ34，δf34分别为移频环2中两路信号的时延差和频率差。
24、基于光子级联移频环的大范围到达时间差估计装置，由以下部分组成：
25、一个激光器，用于产生频率为f0的单频连续光载波；
26、一个光耦合器，用于将所述的光载波分成两路；
27、两个天线，用于接收两个雷达的回波信号；
28、两个调制器，用于将天线接收到的信号对上下两路光载波进行幅度调制；
29、两个级联的双向移频环路，用于将上下两路调制信号分别进行多次移频，产生时延与频率相关的超宽带多频光幅度调制信号；
30、一个2*2耦合器，用于将所述超宽带多频光幅度调制信号合路后再次分成两路正交光信号；
31、一个平衡光电探测器，用于将所述两路正交光信号进行拍频相减产生噪声抑制的拍频电信号；
32、一个低通滤波器，用于将所述拍频电信号进行低通滤波。
33、相比现有技术，本专利技术技术方案具有以下有益效果：
34、(1)本专利技术采用了模拟光学测量方法，可以实现对两个信号到达时间差的实时测量，避免了数字域上采样率、计算量、存储容量的限制。
35、(2)本专利技术采用两个级联移频环路串联的方式，使得测量点数随着移频环1的循环次数呈现倍数增长，且只有第二个环路受奈奎斯特采样定理的限制，对于宽带信号来说，可以实现大带宽信号和大时延范围兼顾的测量效果。
36、(3)本专利技术采用移频环路，充分利用光谱巨大带宽的优势，可以实现对信号的多次循环移频，产生时延与频率相关的超宽带多频光幅度调制信号，其结构紧凑，成本低。
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1.基于光子级联移频环的大范围到达时间差估计方法，其特征在于，具体步骤包括：将频率为f0的光信号分为两路，送入两个调制器中，分别用两个天线接收雷达回波信号对其进行幅度调制；上下两路进入相同结构但不同参数的两个级联双向移频环路，获得两组时延与频率相关的超宽带多频光幅度调制信号；将上下两路光信号用2*2耦合器合束后再次分成两路正交光信号进入平衡光电探测器进行拍频，拍频信号通过低通滤波器输出；对输出信号的频谱进行检测，依据最大功率所对应的频率可直接计算两回波信号的到达时间差。
2.根据权利要求1所述的基于光子级联移频环的大范围到达时间差估计方法，其特征在于，所述双向移频环路为一个二输入二输出的模块，将两个级联双向移频环路分别编号为移频环1和移频环2，这两个移频环结构相同，主要包括：
3.根据权利要求1所述的基于光子级联移频环的大范围到达时间差估计方法，其特征在于，所述双向移频模块包括：
4.根据权利要求1所述的基于光子级联移频环的大范围到达时间差估计方法，其特征在于，所述双向移频模块还需满足以下条件：
5.根据权利要求1所述的基于光子级联
6.根据权利要求1所述的基于光子级联移频环的大范围到达时间差估计方法，其特征在于，所述低通滤波器的截止频率为(N×M-1)Δf34，其中N，M，Δf34分别为频环1和移频环2的最大循环次数加一、移频环2中两路信号的移频差。
7.根据权利要求1所述的基于光子级联移频环的大范围到达时间差估计方法，其特征在于，所述输出信号的频谱以Δf34的倍数采样后做傅里叶变换，通过频谱最大点的频率fmax计算出两个雷达信号的到达时间差，计算公式为：
8.基于光子级联移频环的大范围到达时间差估计方法，其特征在于，用于如权利要求1至7任一项所述的基于光子级联移频环的大范围到达时间差估计方法，基于光子级联移频环的大范围到达时间差估计装置由以下部分组成：
...【技术特征摘要】
1.基于光子级联移频环的大范围到达时间差估计方法，其特征在于，具体步骤包括：将频率为f0的光信号分为两路，送入两个调制器中，分别用两个天线接收雷达回波信号对其进行幅度调制；上下两路进入相同结构但不同参数的两个级联双向移频环路，获得两组时延与频率相关的超宽带多频光幅度调制信号；将上下两路光信号用2*2耦合器合束后再次分成两路正交光信号进入平衡光电探测器进行拍频，拍频信号通过低通滤波器输出；对输出信号的频谱进行检测，依据最大功率所对应的频率可直接计算两回波信号的到达时间差。
2.根据权利要求1所述的基于光子级联移频环的大范围到达时间差估计方法，其特征在于，所述双向移频环路为一个二输入二输出的模块，将两个级联双向移频环路分别编号为移频环1和移频环2，这两个移频环结构相同，主要包括：
3.根据权利要求1所述的基于光子级联移频环的大范围到达时间差估计方法，其特征在于，所述双向移频模块包括：
4.根据权利要求1所述的基于光子级联移频环的大范围到达时间...
【专利技术属性】
技术研发人员：章志键，颜文昊，王立晗，虞启月，袁振涛，桑倩雯，
申请(专利权)人：南京光约科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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