[發(fā)明專利]一種寬帶正交線性調(diào)頻波光生成系統(tǒng)及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810505520.6
• 申請(qǐng)日: 2018-05-24
• 公開（公告）號(hào): CN108845305B
• 公開（公告）日: 2021-12-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄭小平;肖雪迪;李尚遠(yuǎn);吳德鑫;薛曉曉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號(hào): G01S7/484
• 分類號(hào): G01S7/484;H04B10/548;H04B10/516
• 代理公司: 北京清亦華知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11201
• 代理人: 廖元秋

本發(fā)明提出一種寬帶正交線性調(diào)頻波光生成系統(tǒng)及方法，屬于正交波形生成領(lǐng)域。該系統(tǒng)包括：1個(gè)光載線性調(diào)頻波產(chǎn)生器、1個(gè)光耦合器、1個(gè)碼序列發(fā)生器和1個(gè)直流電源，還可包括若干個(gè)相位編碼單元，或若干個(gè)等效相位調(diào)制單元，或若干個(gè)上變頻相位編碼單元。所述光載線性調(diào)頻波產(chǎn)生器的輸出端連接光耦合器的輸入端，光耦合器、碼序列發(fā)生器和直流電源輸出端分別與對(duì)應(yīng)單元的輸入端連接。利用本發(fā)明可以生成寬帶、高正交性的正交相位編碼線性調(diào)頻波，將本發(fā)明應(yīng)用到MIMO雷達(dá)領(lǐng)域，可以有效提高M(jìn)IMO雷達(dá)距離分辨力和工作性能，增強(qiáng)目標(biāo)檢測(cè)和識(shí)別的能力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于正交波形生成領(lǐng)域，特別涉及一種寬帶正交線性調(diào)頻波光生成系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

正交波形在多輸入多輸出(MIMO)雷達(dá)中有著重要作用，MIMO雷達(dá)具有多個(gè)發(fā)射天線，同時(shí)發(fā)射相互正交的雷達(dá)波形對(duì)目標(biāo)進(jìn)行照射，多個(gè)接收天線接收目標(biāo)回波信號(hào)并對(duì)回波進(jìn)行處理，提取目標(biāo)的空間位置和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)等信息。由于線性調(diào)頻波具有較好的脈沖壓縮性能，大時(shí)寬情況下通過脈沖壓縮仍然能夠獲得較高的距離分辨力，有效地解決了雷達(dá)作用距離和距離分辨力之間的矛盾，是雷達(dá)系統(tǒng)中常用的波形。因此，寬帶正交線性調(diào)頻波的產(chǎn)生對(duì)于MIMO雷達(dá)有重要意義。

現(xiàn)有的線性調(diào)頻波的正交可以通過時(shí)分、頻分、碼分實(shí)現(xiàn)，使用時(shí)分方式時(shí)，波形需要分時(shí)發(fā)射，所需時(shí)間較長(zhǎng)；使用頻分方式的各個(gè)波形占據(jù)不同的頻帶，要求天線具有很寬的帶寬，實(shí)現(xiàn)起來比較難；碼分方式通過對(duì)線性調(diào)頻波進(jìn)行正交相位編碼產(chǎn)生正交相位編碼線性調(diào)頻波，從而實(shí)現(xiàn)波形間正交，可以同時(shí)、同頻帶發(fā)射，是普遍采用的正交實(shí)現(xiàn)方式。

目前，通過傳統(tǒng)電子學(xué)方法產(chǎn)生正交相位編碼線性調(diào)頻波的方式主要有：基于直接數(shù)字頻率合成、基于線性調(diào)頻波產(chǎn)生和混頻等方法。其中直接數(shù)字頻率合成方法受限于電子器件的速率限制，直接合成信號(hào)的帶寬通常只有幾百M(fèi)Hz，限制了雷達(dá)的分辨力；通過倍頻等方法提高其帶寬又會(huì)引入相位噪聲惡化、非線性失真等問題，惡化波形質(zhì)量。此外，低編碼速率會(huì)惡化波形之間的正交性。基于線性調(diào)頻波產(chǎn)生和混頻方法的正交相位編碼線性調(diào)頻波生成系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括：1個(gè)脈沖發(fā)生器、1個(gè)聲表面波色散延時(shí)線、1個(gè)微波功分器、1個(gè)n通道碼序列發(fā)生器和n個(gè)雙相雙平衡混頻器。所述脈沖發(fā)生器的一個(gè)輸出端連接聲表面波色散延時(shí)線的輸入端，脈沖發(fā)生器的另一個(gè)輸出端連接碼序列發(fā)生器的輸入端；聲表面波色散延時(shí)線的輸出端連接微波功分器的輸入端；微波功分器的n個(gè)輸出端分別連接n個(gè)雙相雙平衡混頻器的對(duì)應(yīng)輸入端；碼序列發(fā)生器的n個(gè)輸出端分別連接n個(gè)雙相雙平衡混頻器對(duì)應(yīng)的另一個(gè)輸入端。利用上述系統(tǒng)產(chǎn)生正交相位編碼線性調(diào)頻波的流程如下：設(shè)定目標(biāo)相位編碼線性調(diào)頻波的參數(shù)，脈沖發(fā)生器產(chǎn)生相應(yīng)的電脈沖，輸入到聲表面波色散延時(shí)線中產(chǎn)生線性調(diào)頻波；產(chǎn)生的線性調(diào)頻波經(jīng)過微波功分器分成n路，分別送入對(duì)應(yīng)的雙相雙平衡混頻器的其中一個(gè)輸入端口；用遺傳優(yōu)化算法設(shè)計(jì)每一路線性調(diào)頻波對(duì)應(yīng)的編碼序列V₁，V₂,...,V_n，在脈沖發(fā)生器的同步控制下，n路編碼序列由碼序列發(fā)生器產(chǎn)生，分別送入對(duì)應(yīng)的雙相雙平衡混頻器的另一個(gè)輸入端口，與線性調(diào)頻波進(jìn)行混頻，得到目標(biāo)相位編碼線性調(diào)頻波。從而實(shí)現(xiàn)n路正交相位編碼線性調(diào)頻波的產(chǎn)生。使用該系統(tǒng)產(chǎn)生正交相位編碼線性調(diào)頻波，一方面受聲表面波色散延時(shí)線中超聲換能器工作頻率和超聲波傳輸損耗的限制，產(chǎn)生線性調(diào)頻波的頻率通常只有百M(fèi)Hz量級(jí)；另一方面受雙相雙平衡混頻器帶寬的限制，編碼序列的碼率不能太高，會(huì)惡化正交相位編碼線性調(diào)頻波之間的正交性。

由于光波頻率是微波頻率的上千倍，將微波信號(hào)調(diào)制到光域時(shí)，微波信號(hào)相當(dāng)于窄帶信號(hào)，因此在光域產(chǎn)生和處理微波信號(hào)非常容易，利用光學(xué)方法已經(jīng)產(chǎn)生了頻率從幾GHz到幾十GHz的寬帶微波信號(hào)，顯示了其優(yōu)勢(shì)，為寬帶正交線性調(diào)頻波的產(chǎn)生提供了可行思路。目前，寬帶正交線性調(diào)頻波光生成領(lǐng)域的研究尚屬空白。

發(fā)明內(nèi)容