[發(fā)明專利]一種采用低頻參考信號的光子輔助微波多普勒頻移測量裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010143228.1
• 申請日: 2020-03-04
• 公開（公告）號: CN111404599B
• 公開（公告）日: 2022-10-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳陽;左鵬程
• 申請（專利權(quán)）人: 華東師范大學(xué)
• 主分類號: H04B10/077
• 分類號: H04B10/077;H04B10/516
• 代理公司: 上海藍迪專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 31215
• 代理人: 徐筱梅;張翔

本發(fā)明涉及一種采用低頻參考信號的光子輔助微波多普勒頻移測量的裝置及方法，其裝置包括連續(xù)波激光器、發(fā)射信號源、回波信號源、參考信號源、電耦合器、第一、第二90°電混合器、雙平行馬赫曾德爾調(diào)制器、雙驅(qū)動馬赫曾德爾調(diào)制器、摻鉺光纖放大器、光電探測器。其方法是對發(fā)射信號和固定頻率的低頻參考信號進行抑制載波單邊帶調(diào)制，調(diào)制后的光信號再被回波信號單邊帶調(diào)制，所得光信號經(jīng)光電探測后，通過分析得到的低頻電信號即可同時測得多普勒頻移的大小和方向。本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊、簡單有效，采用一個固定頻率的低頻參考信號，無需使用光學(xué)濾波即可以在低頻波段進行多普勒頻移測量，降低了系統(tǒng)的復(fù)雜度和成本，具有較好的可行性和應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于微波信號測量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種采用低頻參考信號的且無需光學(xué)濾波的光子輔助微波多普勒頻移測量裝置及方法。

背景技術(shù)

多普勒頻移指的是由于多普勒效應(yīng)導(dǎo)致的接收信號與發(fā)射信號之間的頻率差，測量多普勒頻移在許多領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用，如：移動通信、醫(yī)療成像、電子對抗系統(tǒng)及雷達系統(tǒng)。目前，基于電子學(xué)的測量手段仍然是微波多普勒頻移最主要、最直接的測量方法。然而，隨著數(shù)據(jù)通信的發(fā)展和科技的進步，傳統(tǒng)的電子學(xué)測量手段在高頻及大的頻率調(diào)諧范圍上面臨著巨大的挑戰(zhàn)，也就是說，純粹的電子學(xué)測量手段無法實現(xiàn)如此高頻及如此大的測量帶寬或者所需的成本很高。近年來，基于微波光子技術(shù)的多普勒頻移測量方案可以利用光子技術(shù)的大帶寬、低損耗、抗電磁干擾等優(yōu)勢，被認(rèn)為是一種極具潛力的解決方案。因此，基于微波光子技術(shù)的多普勒頻移測量具有重要的現(xiàn)實意義，并且已經(jīng)被積極地研究。

一般而言，現(xiàn)有的光子輔助微波多普勒頻移測量方案都可以測量多普勒頻移的大小，而為了能夠分辨多普勒頻移的方向，目前所采用的技術(shù)方法大致上可以三類，一是在系統(tǒng)中引入一個頻移模塊（IEEE Microw. Theory Techn., 63(4): 1421-1430, 2015；Opt.Lett., 40(10): 2321-2324, 2015），該類方法雖然最終也能分辨出多普勒頻移的方向，但往往需要額外的光電器件，增加了系統(tǒng)的復(fù)雜度和成本；二是采用正交探測（J. Lightw.Technol., 34(20): 4639-4645, 2016； Electron. Lett., 54(11): 708-710, 2018），通過正交兩路輸出信號之間的相位差判斷多普勒頻移的方向，因而該類方法均需要使用示波器，增加了系統(tǒng)的成本；三是在測量系統(tǒng)中直接引入一個參考信號（IEEE Photon.Technol. Lett., 30(3): 246-249, 2018； IEEE Photon. Technol. Let ., 31(20):1643-1646, 2019）。在所有這些研究方案中，相對其他兩種測量方法，在系統(tǒng)中直接引入一個參考信號是一種最簡單和有效的方法。

為了分辨多普勒頻移的方向，上述基于微波光子技術(shù)測量微波多普勒頻移的三類技術(shù)方法中，方法一和方法二的實現(xiàn)過程均需要在系統(tǒng)中使用額外的光電器件，不僅增加了系統(tǒng)的復(fù)雜度及成本，且可能由于系統(tǒng)引入的額外光電器件帶寬的限制而限制整個系統(tǒng)的工作帶寬，降低了系統(tǒng)的可調(diào)諧性。而方法三所述的引入?yún)⒖夹盘柕姆桨甘悄壳耙环N最簡單有效的手段，然而目前報道的方案需要引入一個隨發(fā)射信號頻率變化的參考信號（IEEE Photon. Technol. Lett.,30(3): 246-249, 2018），不僅增加了系統(tǒng)的成本，且系統(tǒng)的可行性較差；有的方案盡管使用了固定的低頻參考信號，但仍需要光學(xué)濾波器濾除光邊帶（IEEE Photon. Technol. Let., 31(20): 1643-1646, 2019），不僅增加了系統(tǒng)的復(fù)雜度和成本，且由于光學(xué)濾波器的使用，減弱了系統(tǒng)的可調(diào)諧性和穩(wěn)定性。基于此，如何實現(xiàn)在整個測量系統(tǒng)中恰當(dāng)引入一個固定頻率的低頻參考信號且無需濾波的測量方案是一個極具現(xiàn)實意義及應(yīng)用價值的問題。

發(fā)明內(nèi)容