[發(fā)明專利]一種微波光子雷達通信一體化系統(tǒng)及方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110667442.1
• 申請日: 2021-06-16
• 公開（公告）號: CN113740833A
• 公開（公告）日: 2021-12-03
• 發(fā)明（設計）人: 鄭小平;薛竹君;李尚遠;薛曉曉
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01S13/28
• 分類號: G01S13/28;G01S17/26;H04B10/70
• 代理公司: 北京清亦華知識產(chǎn)權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 羅文群

本發(fā)明屬于雷達通信一體化技術領域，尤其涉及一種微波光子雷達通信一體化系統(tǒng)及方法。本發(fā)明系統(tǒng)在一個具有選模、放大和光纖儲能器件的傳統(tǒng)OEO中插入光多維度調控模塊，對光的頻率、相位、幅度、偏振四個維度，進行靈活高速的控制和充分的復用，在射頻頻段實現(xiàn)雷達通信功能相對獨立的并行融合。本發(fā)明方法利用OEO提供射頻本振，優(yōu)化了一體化信號的相位噪聲，解決了對于高頻外部源的依賴問題；通過在OEO環(huán)路中對光進行多維度調控和復用，解決了高速通信帶來的雷達距離模糊問題。本發(fā)明方法可實現(xiàn)的雷達和通信性能為：最大探測距離通信容量距離分辨率可靈活改變M、N、τ的數(shù)值進行性能優(yōu)化，更好地滿足不同應用場景下對于雷達和通信性能的需求。

技術領域

本發(fā)明屬于雷達通信一體化技術領域，尤其涉及一種微波光子雷達通信一體化系統(tǒng)及方法。

背景技術

隨著智能交通概念的興起，車輛在對環(huán)境進行高精度檢測的同時，需要與其他合作平臺進行即時信息交互。在降低系統(tǒng)功耗和硬件冗余的必要性推動下，在雷達和通信的工作頻率、硬件結構趨于一致的可行性支持下，于同一平臺實現(xiàn)雷達和通信的功能集成和協(xié)同共存成為一個研究熱點。近年來，眾多基于時分、頻分、空分、碼分等思想的雷達通信一體化系統(tǒng)結構被提出，核心均是對不同類型的資源進行分配和復用，不可避免地會產(chǎn)生干擾，影響性能。而共用波形是通過信號設計和數(shù)字處理，對二者進行軟件層面的融合和解耦，互不干擾，且效率最大化。一體化共用波形需要同時滿足雷達高分辨以及通信高速有效的需求，但由于電子瓶頸的限制，數(shù)模轉換器產(chǎn)生的信號不能覆蓋高頻和大帶寬，影響了雷達的分辨率。電子倍頻會惡化相位噪聲，影響通信質量和接收機靈敏度。電纜傳輸?shù)母邠p耗和電磁干擾對于智能城市網(wǎng)絡的大范圍覆蓋也是一個挑戰(zhàn)。微波光子學將光域的高頻、大帶寬、電磁干擾免疫等優(yōu)勢引入了電子領域，為高質量的一體化信號產(chǎn)生提供支持。

在現(xiàn)有的微波光子雷達通信一體化系統(tǒng)中，通過級聯(lián)電光調制將通信功能嵌入在傳統(tǒng)雷達脈沖波形中，破壞了兩個功能彼此之間的獨立性，使得雷達和通信性能之間存在折衷。同時，為滿足現(xiàn)有汽車雷達的頻段要求，利用一個外部微波源作為本振，將一體化信號進行上轉換是必不可少的。但這增加了系統(tǒng)的成本和復雜性，額外引入的相位噪聲使得一體化性能惡化，同時也導致系統(tǒng)無法完全脫離電瓶頸的限制。光電振蕩器(Optoelectronic Oscillator，簡稱OEO)是光子技術在微波振蕩信號產(chǎn)生領域的一個典型應用，光電混合的諧振腔提供了高Q值、低相位噪聲和光電雙輸出的特性，可以通過光域的寬帶高速多維度調控，實現(xiàn)相應的射頻信號輸出。因此已有一體化系統(tǒng)技術中存在通信和雷達之間的性能折衷以及對于高質量外部微波源的依賴，影響了系統(tǒng)的成本、復雜度和聯(lián)合工作性能。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是提出一種微波光子雷達通信一體化系統(tǒng)及方法，利用OEO提供射頻本振，優(yōu)化了一體化信號的相位噪聲，以解決已有技術對于高頻外部源的依賴問題；通過在OEO環(huán)路中對光進行多維度調控和復用，解決高速通信帶來的雷達距離模糊問題。

本發(fā)明提出的微波光子雷達通信一體化系統(tǒng)，包括：激光源，光多維度調控器、光耦合器、偏振分束器、平衡探測器、長光纖、光電探測器、放大器、濾波器、電耦合器、正交混頻器、發(fā)射天線和接收天線；其中所述的激光器、光多維度調控器、長光纖、光電探測器、放大器、濾波器和電耦合器組成光電振蕩器；