[發明專利]全波段覆蓋的超寬帶全光雷達系統

有效

• 申請號: 201510501404.3
• 申請日: 2015-08-17
• 公開（公告）號: CN105137448B
• 公開（公告）日: 2017-07-28
• 發明（設計）人: 鄒衛文;張昊;張斯滕;陳建平
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G01S17/88
• 分類號: G01S17/88
• 代理公司: 上海恒慧知識產權代理事務所(特殊普通合伙)31317
• 代理人: 張寧展

技術領域

本發明涉及微波光子學和雷達領域，具體是一種全波段覆蓋的超寬帶全光雷達系統。

背景技術

自20世紀80年代以來，隨著光子學技術的發展，全光雷達的概念被提出并在國內外相關研究領域引起了廣泛重視。由于光子學技術本身具有大帶寬、低損耗、低抖動等優勢，其在雷達系統中的應用可以突破傳統的微波/毫米波雷達系統中存在的“電子瓶頸”的限制，為實現更高頻率、更大帶寬的寬帶信號產生、接收和處理提供了新的技術途徑。針對雷達系統對信號載頻和捷變性的要求，意大利的P.Ghelfi等人基于光子學技術實現了全光相參雷達系統(參見P.Ghelfi,F.Laghezza,and F.Scotti,“A fully photonics-based coherent radar system,”Nature,vol.507,no.7492,pp.341-345,2014)。在該系統中，雷達信號的產生和接收基于同一臺鎖模激光器，從而保證了系統的高度相參，可有效抑制了相位噪聲抖動，并提高了雷達的探測精度。在對40GHz工作頻率的窄帶雷達的演示驗證中，該系統具有更高的量化保真度和測試精度。由于該系統的優異性能，P.Ghelfi等人的研究成果有望成為下一代雷達系統的設計準則(參見J.McKinney,“Technology:Photonics illuminates the future of radar,”Nature,2014,vol.507,no.7492,pp.310-312,Mar.2014)。

與其他無線電技術一樣，雷達系統只能良好地工作在預先設計的波段上。多波段雷達可以同時或交叉選通地工作在不同波段，因此發現目標的概率比普通雷達高。多波段寬帶雷達發射的信號包含許多頻率分量，因此它能夠突破窄頻段吸波材料的吸波效應，有效提升雷達的反隱身探測能力。多波段雷達有利于抑制和回避敵方施放的干擾，對提高分辨率，降低多徑損耗，增強自身的生存率都有積極作用。(參見束咸榮，何丙發.多頻段雷達[C].信息產業部雷達專業情報網第十五屆年會論文集.2003:26-32)。

在實際應用中，微波/毫米波雷達多采用以下信號形式：短脈沖信號、相位編碼信號及線性調頻脈沖信號。在高精度測距中，短脈沖信號對脈沖的要求相當高，需要極窄的脈沖寬度，因此基于短脈沖信號的收發技術通常很難實現。相位編碼信號按照一定的時間間隔在連續載波上加載相位信息來實現，其測試精度和旁瓣擬制比較高，但實現難度高且受多普勒效應的影響和本身動態范圍的限制，不適用于大帶寬系統。相比之下，線性調頻脈沖信號在高精度的測距和雷達探測中應用廣泛，調頻帶寬決定著測距精度，是微波/毫米波雷達系統的理想選擇。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的不足，提出一種全波段覆蓋的超寬帶全光雷達系統。采用同一臺低抖動、寬光譜的鎖模激光器分別產生和接收超寬帶線性調頻脈沖信號，確保收發系統的高相參和測量的高精度。信號發射機利用了鎖模激光器的寬光譜和兩臂上非平衡的色散啁啾，可實現超寬帶信號的中心頻率、帶寬和時間寬度的連續可調，從而實現全波段覆蓋或任一工作波段的超寬帶雷達信號產生。信號接收機利用基于鎖模激光器的時間拉伸技術壓縮寬帶信號的中心頻率和帶寬，大幅削弱后端模擬-數字轉換和處理的壓力，然而目標探測的距離分辨率仍然保持時間拉伸之前的精度。

為了實現上述目的，本發明的技術解決方案如下：

一種全波段覆蓋的超寬帶全光雷達系統，特電在于其構成包括信號發射機、收發模塊和信號接收機；所述的信號發射機包括鎖模激光器、第一色散模塊、第一光耦合器、第二光耦合器、第一光濾波器、第二色散模塊、第二光濾波器、第一可調延時模塊、第三光耦合器、光放大器和第一光電探測器；所述的收發模塊包括波段選擇開關、第一電放大器陣列、T/R組件陣列、天線陣列、第二電放大器陣列；所述的信號接收機包括第三光濾波器、第二可調延時模塊、電光調制器、第三色散模塊、第二光電探測器、模擬-數字轉換模塊、信號處理模塊，上述各部件的位置關系如下：