[發明專利]基于微波光子輔助鑒相的到達角測量裝置

在審

• 申請號: 202011302136.X
• 申請日: 2020-11-19
• 公開（公告）號: CN112485758A
• 公開（公告）日: 2021-03-12
• 發明（設計）人: 張亞梅;邵琨麟;潘時龍;劉爍
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G01S3/78
• 分類號: G01S3/78;G01S3/781
• 代理公司: 北京德崇智捷知識產權代理有限公司 11467
• 代理人: 楊楠

本發明公開了一種基于微波光子輔助鑒相的到達角測量裝置，包括：天線陣、光源、鑒相模塊、偏振分離模塊、平衡探測模塊、數據處理模塊，其中鑒相模塊為環路中串接有雙偏振雙驅動馬赫增德爾調制器的Sagnac環結構，用于將天線陣所接收的兩路微波信號分別相位調制于所述光脈沖序列的兩個正交偏振態上，并令正、反向傳播的調制光信號在Sagnac環結構的輸出口形成干涉；偏振分離模塊用于進行偏振態分離；平衡探測模塊用于對分離出的兩路水平和兩路垂直偏振態光信號進行平衡探測，分別得到調制到水平和垂直偏振態上的微波信號的相位；數據處理模塊根據得到的相位信息計算得出到達角。相比現有技術，本發明可對到達角進行高精度探測，且結構簡單。

技術領域

本發明涉及一種到達角測量裝置。

背景技術

測量微波信號的到達角(為簡便起見，下文簡稱測角)可以確定目標物體的位置，在通信、雷達等多個領域的應用中均十分重要。例如，在室內定位時，通過測量低功耗藍牙信號的方向信息來提高室內定位精度；在無人駕駛領域，可以提供障礙物在汽車位置的具體方向；在電子對抗領域，測角可引導武器攻擊、提供預警信息、提供輻射源方向和位置等情報。現有測角方法可分為振幅法、時差法、相位法。時差法和相位法相比振幅法精度更高，基本原理是采用多個天線接收，比較不同天線接收到的信號的延時或相位差，將得到的延時差或相位差轉為路程差，在已知兩個接收天線間距離的條件下，可以計算得到微波信號的到達角。傳統電域處理是通過混頻器得到兩個信號的相位差；采用基于微波光子技術的振幅法時，將接收到的微波信號調制到光載波上，再通過探測光電探測器拍頻后的功率大小來判斷相位差。以上技術得到的角度誤差往往小于2°。當下，得益于飛秒激光器的發明，其超窄的脈沖寬度使得微波光子鑒相器在測量相位時具有極高的精度，遠優于傳統電域方法。目前微波光子鑒相器在測距方面已有應用，且精度很高，可達到亞納米量級(Na Y,JeonC G,Ahn C,et al.Ultrafast,sub-nanometre-precision and multifunctional time-of-flight detection[J].Nature Photonics,2020,14(6):355-360.)，意味著其相位探測精度在10^-8量級左右。

鑒相器在測角應用中尚未有應用。采用現有的鑒相結構，若需測角，需要搭建兩套鑒相器系統，并且需要對兩套系統的光路進行校準，導致結構復雜，操作繁瑣。如何簡化鑒相結構，成為了在實際應用中利用微波光子輔助對達到角進行高精度探測需要解決的問題。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于克服現有技術不足，提供一種基于微波光子輔助鑒相的到達角測量裝置，可對到達角進行高精度探測，且結構簡單。

本發明具體采用以下技術方案解決上述技術問題：

一種基于微波光子輔助鑒相的到達角測量裝置，包括：

天線陣，包括至少兩根用于分別接收微波信號的接收天線；

光源，用于提供脈寬為飛秒量級的光脈沖序列，且天線陣所接收微波信號的頻率為所述光脈沖序列重頻的整數倍；

鑒相模塊，其為環路中串接有雙偏振雙驅動馬赫增德爾調制器(DP-DMZM)的Sagnac環結構，用于將天線陣所接收的兩路微波信號分別相位調制于所述光脈沖序列的兩個正交偏振態上，并令正、反向傳播的調制光信號在Sagnac環結構的輸出口形成干涉，從而令相位調制轉變為強度調制，相位信息轉變為強度信息；偏振分離模塊，用于將Sagnac環結構輸出的兩路光信號中的兩個正交偏振態分離出來；

平衡探測模塊，包括兩個慢速平衡光電探測器，用于分別對偏振分離模塊分離出的兩路水平偏振態光信號和兩路垂直偏振態光信號進行平衡探測，分別得到調制到水平偏振態上和垂直偏振態上的微波信號的相位；

數據處理模塊，根據得到的相位信息計算得出到達角。

進一步地，該裝置還包括：