可重构多维度探测微波光子雷达

随着“太空经济”时代的到来,大国间的太空竞争也愈发激烈,对星载雷达探测系统的测量精度和多维度目标参数测量提出了更高要求。现有的星载雷达系统主要采用传统微波技术实现,面临电子器件速率低、工作带宽小、可重构性差等问题,这些问题越来越成为限制星载雷达系统进一步发展的瓶颈。将微波光子技术引入雷达系统可利用光子技术高频率、大带宽、可重构的特点有效克服电子技术的局限性,突破雷达技术瓶颈。阐述了可重构多维度目标探测微波光子雷达的特点和基本结构,介绍了多维度目标参数测量和雷达波形可重构的原理与方法,并对星载微波光子雷达的发展趋势和特殊应用环境需要考虑的问题进行了论述。随着微波光子雷达技术研究的不断深入和光电集成技术的迅速发展,微波光子雷达有望在未来星载雷达系统中得到大规模应用。     

面向卫星载荷的大瞬时带宽微波光子信道化接收变频技术研究进展

随着卫星通信技术的飞速发展，以及卫星多功能融合技术的需求，未来卫星通信正朝着多频段、大带宽、多波束、配置灵活的方向发展。目前广泛应用于各个领域的卫星通信射频前端，主要采用传统的微波技术进行微波信号的信道化接收变频，带宽限制在GHz以下，无法满足大瞬时带宽信道化接收变频需求。将微波光子技术引入卫星通信射频前端可有效突破电域信道化接收变频技术瓶颈，简化射频前端的系统架构，提高卫星载荷性能。本文首先介绍了星载微波光子信道化接收变频技术的特点及基本结构。接着分类介绍了微波光子信道化接收变频的工作原理、主要实现方法及研究进展，最后给出大瞬时带宽微波光子信道化变频技术发展趋势及应用前景，为大瞬时带宽微波光子信道化接收变频设计及应用提供技术支撑。     

基于微波光子I/Q混频的宽带低失真多普勒频移模拟

受射频前端带宽、模数转换器采样率和有效位数的限制，现有基于数字射频存储的多普勒频移模拟器逐渐难以满足当前雷达系统大瞬时带宽、低杂散失真的测试需要。文章利用最新的微波光子技术，提出一种基于微波光子I/Q混频的多普勒频移模拟方法，并进行了实验验证。利用微波光子技术的大带宽特性，该方案可对不同频段（15GHz与20GHz）的单音和宽带射频信号进行大范围（5MHz到25MHz）、高杂散失真抑制（大于30dB）的多普勒频移，多普勒频移方向、回波信号功率也可动态控制。该方法可为未来雷达目标多普勒频移模拟提供新思路，显著提高模拟带宽和回波质量。     

基于微波光子技术的实时高分辨雷达成像

为克服传统雷达面临的带宽瓶颈,提升其分辨率,利用微波光子倍频与混频技术对宽带雷达信号进行处理,构建宽带雷达,成功实现了实时高分辨雷达成像。构建的微波光子雷达样机带宽高达12 GHz,实现逆合成孔径雷达成像的二维分辨率优于2 cm×2 cm,成像速率高达100帧/s。在该雷达架构基础上构建了多输入多输出微波光子雷达,在相同的相参累积时间内,能进一步提高雷达成像的方位向分辨率。研究结果表明:微波光子技术是突破传统雷达频率与带宽限制的有效手段,有望在未来实时高分辨雷达探测与成像中发挥重要作用。     

基于光谱整形的三角波生成方法

受电子瓶颈限制,电子信号发生器难以合成高速波形。微波光子学具有大带宽等优点,在宽带、高速波形生成方面有独有的优势。文章提出了一种基于光谱整形的三角波生成方法,通过傅里叶域光处理器灵活的控制光学频率梳中各个光边带的幅度和相位关系,经光电探测后可以直接得到三角波波形。灵活调整光边带相位的能力使得该方案可以补偿光纤色散,这意味该系统支持三角波波形的光纤传输。实验结果表明,该方案可以生成10 GHz重复频率的高速三角波波形,并成功实现了25km光纤传输。本方案使用了无需偏压控制的相位调制器,且避免了RF电桥等带宽受限的微波器件,生成的波形的带宽仅受调制器和光电探测器的限制。     

星上高性能集中式本振信号光学研究

因随着卫星通信系统向高频段、大带宽、多通道方向发展,传统微波技术在高频微波信号的产生、馈送、交换等方面越来越多受到电子瓶颈的限制,而微波光子学作为一门淅兴学科可解决上述问题,对星上高性能集中式本振信号产生及多路馈送技术进行了研究。研究了两种高频微波本振信号产生方法,用低频射频信号或无需射频信号输入即可生成高频的微波本振信号,大幅降低系统对光电器件带宽的要求。一种是基于两个级联马赫-曾德尔(MZ)调制器的高频微波信号产生方法,可生成八倍频微波信号,调节输入射频信号频率即可调整生成微波信号的频率,系统可调谐性较好。另一种是基于光电振荡器的微波信号生成方法,通过设置偏振调制器、MZ调制器及移相器的参数,可实现对光电振荡器环路谐振信号的四、六和八倍频。分析了高频微波本振信号光纤馈送中损耗和色散的影响,发现两者对星上微波本振信号的馈送影响很小,且星上馈送系统的体积和重量可明显降低。研究将为微波光子技术用于星上载荷提供理论基础和技术支撑。     

基于薄膜铌酸锂的微波光子雷达芯片

微波光子雷达拥有分辨率高、处理速度快、同时多波段、多功能等优势,在航天系统中具有广阔的应用前景。为了满足航天应用对雷达系统体积、质量和功耗的严格要求,集成化已经成为微波光子雷达的重要发展方向。介绍了一款基于薄膜铌酸锂的微波光子雷达芯片,利用该芯片实现了雷达发射信号倍频产生和回波信号去斜接收,并对距离天线不同位置的目标进行了测距实验,得到的测量距离与实际距离基本相同,两者之间的误差小于4 mm。     

基于SBS的微波光子滤波器技术研究

文章针对微波域滤波器只能对提前设计好的特定频段、特定带宽使用的局限性而提出微波光子滤波器，其中，基于受激布里渊散射效应（SBS）的微波光子滤波器不仅拥有可调谐、可重构特性，而且由于其阈值低、调谐范围大和系统稳定性较好等优点而引起广泛关注。文章对比总结了从2011年以来国内外学者在该滤波器方面取得的重大研究成果并得出其未来的发展趋势。选取性能更优越的光频率梳技术进行SBS增益谱叠加，进而利用滤波器频谱带宽可重构的方法来实现基于SBS的滤波器设计。通过optisystem和matlab软件进行仿真分析，得到了3dB带宽为137MHz、形状因子为0.75、可调谐范围为0~20GHz的基于SBS的微波光子滤波器。从滤波器性能得出其可应用于包括卫星通信系统在内的各系统中的收发机，将大频率带宽范围的GHz宽带信号划分为并行的百MHz窄带信号，以便于用低频器件进行相关处理。     

线性调频脉冲压缩雷达仿真研究

文章分析了线性调频（LFM）脉冲压缩雷达的工作原理,对LFM信号及其匹配滤波输出信号进行了仿真,验证了理论分析的正确性,进而对LFM脉冲压缩雷达系统进行仿真,得出LFM信号可有效解决雷达作用距离与距离分辨率之间的矛盾。     

高速高精度光学模数转换技术研究进展

模数转换器（Analog to digital converter,ADC）是将自然界中各种模拟信号转换为数字信号的桥梁,其性能优劣直接决定了后续数字信号处理的能力。随着电子信息技术的发展和数字化的推广,主流半导体材料电子ADC受到载流子迁移率的限制,难以满足宽带信号高速、高精度模数转换的需求。光子技术天然具备超高速、大带宽等优良特性,利用光子学手段来提升电子ADC性能是目前突破电子瓶颈最具潜力的技术方案之一。文章介绍了光学ADC的基本原理和实现方案,并重点分析了最近十年来光学时间拉伸ADC和光采样ADC的国内外研究进展以及各自的技术特点,此外还概述了光量化技术的应用前景,展望了未来光学ADC及其关键技术的发展趋势。     

一种机载监视雷达演示验证样机

信号处理技术的进步使雷达设计师更有可能开发复杂的探测与成像算法。然而，许多现有的监视雷达系统的设计缺陷却造成了即使仅对算法做小的变化也需要对雷达硬件进行费钱费时的改动这样一种局面。因此，在设计将来的雷达系统时，应采用可编程处理器，具要应用明确定义的接口将处理器与微波硬件隔离开来。本文介绍了我们的一个研究计划的成果，在这项研究计划中，我们通过将现有的在役机载海洋监视雷达与商用计算机工作站和大带宽磁带记录仪关联起来，构成了一个快速原型环境。     

一种超宽带电子战测频技术的研究

随着雷达技术的发展,宽带瞬时信号截获是信息化装备的必备功能单元.从理论和试验验证的角度详细分析了超宽带电子战接收机的工作原理、测频技术和应用场景,提出了一种简化的MonoDFT算法,实现了2GHz～18GHz频段内雷达信号辐射源的高精度频率测量,并设计了两种应用场景和实现方法.理论分析与实验表明,接收机能够实现瞬时带宽...     

可编程微波光子芯片研究现状及发展趋势

可编程微波光子芯片是可以通过编程控制改变芯片功能，用于处理微波信号的光子芯片。它可以在同一芯片上软件定义不同的光学处理单元，以实现滤波、移相、延时等多种信号处理功能。相比于只能实现特定功能的专用微波光子芯片，可编程微波光子芯片功能可重构，可广泛应用于通信、雷达等光电子系统中，提升系统灵活性。本文对可编程微波光子芯片的研究现状进行了梳理，介绍了其光路拓扑、主要实验结果和关键技术并对可能的发展方向进行了总结。     

基于微波光子学的射频制导半实物仿真方法研究

未来射频制导性能的高效验证对射频制导半实物仿真系统提出全新的挑战,需要该系统具备瞬时大带宽、多波段、多仿真系统协同工作、多场景适应等能力,进而对宽带射频信号的低损传输、幅相控制、复杂回波信号产生、高性能频综信号产生等技术提出了严苛的要求。针对基于传统微波技术的半实物仿真系统受限于带宽、体积、质量、电磁干扰等的瓶颈问题,提出基于微波光子技术的解决方案,利用其宽带频谱资源,突破传统射频系统的带宽限制;利用其并行处理特性,提升宽带信号的处理能力,实现多波段融合、波束间交叉互连;利用其轻质低损特性,减小系统体积和质量,提升宽带信号长距离传输性能。     

瞬时超宽带接收机初探

超高速ADC器件的模拟输入带宽达到了18GHz以上,微波接收机可以采用软件无线电设计方法进行设计,其减少了频踪、变频等环节,降低了微波系统的设备量。将传统的信号跟踪式数字信道化技术、FPGA处理阵列和DSP处理阵列应用到瞬时4GHz以上的超宽带数字接收机中,可对2~18GHz内的信号进行并行处理,其处理能力得到了极大提升。     

基于双驱动DP-MZM的倍频双啁啾信号产生方法

提出了一种基于双驱动双平行马赫增德尔调制器（DP-MZM）的倍频双啁啾线性调频（LFM）信号产生方法。方案中，DP-MZM的上臂受射频驱动，产生偶数阶光边带；下臂受基带信号调制，产生单边带光信号。合理地设置驱动信号的调制系数和主调制器的直流相移，可抑制DP-MZM输出光信号中的载波分量。耦合光信号平方率检波后，可产生载波二倍频、带宽四倍频的双啁啾LFM信号。实验验证了所提方案的可行性，获得了载频 14 GHz、带宽1.6 GHz、时宽带宽积1600的双啁啾LFM信号。对波形进行自相关处理，1 μs的波形被压缩至0.762 ns，对应脉冲压缩比为1312。所提方案无需偏振器件和光滤波器，具有操作简单、调谐性高的优势，产生信号表现出好的旁瓣抑制性能和脉冲压缩性能。利用模糊函数分析了产生信号对雷达距离-多普勒模糊的改善，搭建了运动目标场景验证了产生信号的探测性能。     

机载220 GHz云雷达衰减订正模拟试验

针对220 GHz云雷达回波信号的衰减问题，结合典型云滴谱和云参数，对水云和冰云模拟取样2 100次，应用离散偶极子近似法计算了220 GHz云雷达探测云滴粒子的衰减系数kc和雷达反射率因子Z的关系。在考虑大气和云对220 GHz云雷达信号衰减的基础上，对水云和冰云的机载220 GHz雷达回波强度进行了数值模拟，根据得到的kc-Z关系，进行衰减订正的模拟试验。结果表明:水滴云比冰晶云的衰减系数大2~3个数量级;相对于小粒子的水云和冰云，大气吸收是造成机载220 GHz云雷达衰减的主要原因。高频段的雷达信号在传播路径上的衰减非常明显，本研究中给出的kc-Z关系适用于220 GHz频率雷达的云衰减订正计算。     

现代雷达的表声波脉压系统：第一部分 表皮波匹配滤波器

相参雷达系统能提供普通脉冲雷达不可能检测到的目标信息，然而普通雷达用的磁控管却不适宜这些相参系统。幸好有行波管或固态放大器可供选用，但这类放大器峰值输出功率有限。采用较宽的脉冲来增大脉冲能量，然后再用表声波（ＳＡＷ）匹配滤波器将脉冲压缩，就能解决这个问题。文章分两部分刊载，第一部分评述了脉压雷达的需要并介绍了ＳＡＷ的基本技术。     

基于星载气象雷达的非线性调频信号优化设计

随着天气观测、研究和规划的进展,气象雷达技术的开发工作取得了重大进展。脉冲压缩使新一代低成本、紧凑型星载天气雷达系统成为可能。为了抑制脉压带来的距离旁瓣,目标探测雷达通常采用基于幅度调制和失配滤波的方法,但由于其存在主瓣扩展和功率损失等缺点,不适用于气象观测。非线性调频（NLFM）信号可以调整其功率谱密度,在明显不降低信噪比的情况下提供较低的旁瓣输出。本文设计了一种新的波形优化框架。该框架通过多目标粒子群优化算法（MOPOS）构造了一种针对气象粒子目标的非线性调频（NLFM）脉冲压缩波形,实现了极低的距离旁瓣电平和较高的多普勒容限,可以显著地缓解非常有限的卫星峰值功率的限制和卫星平台运动导致的多普勒对系统影响。仿真实验结果表明：改进的非线性调频波形具有良好的性能。     

数字自相关检测技术在电子侦察接收机中的应用

现代雷达通常采用脉冲压缩、超低副瓣天线等相关技术来降低雷达信号的被截获概率,这给电子侦察接收机的信号检测带来了困难。文中提出在数字信道化接收机基础上,采用子信道内数字自相关检测技术对来波信号进行相关运算,获得较大的处理增益,提高系统接收灵敏度,并且算法运算量较小,适合实际工程应用。