专利名称：一种基于光子技术的微波信号类型和频率检测方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及微波接收与检测、微波光子学、光子技术等领域，尤其是光子技术型微波检测与分析技术。
背景技术：
微波信号参数的检测和分析，诸如频率(或载波频率)、幅度、信号类型、调制制式、到达方向等参数的检测和分析，是电子战、雷达、民用通信等领域中不可或缺的关键技术。随着微波频段和带宽的不断扩展和微波信号密度的日益增大，以大瞬时带宽、宽覆盖范围、强抗电磁干扰性能为特征的检测和分析方法和装置亟待解决。因而，以光子技术实施微波信号检测和分析逐渐被提上日程，它们在解决宽带瞬时性能、覆盖范围、电磁干扰等问题方面有着显著优势。目前，基于光子技术的微波频率检测成为了关注的焦点，但是它们集中在连续型微波信号的频率测量上(比如H.Chi, X. Zou, and J.Yao,“An approach to the measurement of microwave frequency based on optical power monitoring, ” IEEE Photonics Technology Letters, vol. 20, no. 14，pp. 1249-1251，2008 ；L.A.Bui, M. D. Pe Ius i , T. D. Vo, N. Sarkhosh, H. Emami , B. J. Eggleton, and A. Mitchell, “Instantaneous frequency measurement system using optical mixing in highly nonlinear fiber, ” Optics Express, vol. 17, no. 25, pp. 22983-22991, 2009.)、或者是不区分信号类型(连续型、脉冲型)实施频率检测(X. Zou, S. Pan, and J. P. Yao,“ Instantaneous microwave frequency measurement with improved measurement range and resolution based on simultaneous phase modulation and intensity modulation,，，Journal of Lightwave Technology, vol. 27, no. 23, pp. 5314-5320, 2009)。然而，同时对信号类型、频率进行检测可以获取更多的参数信息，在科研和实践应用中更为人们所期待。类似的需求在基于电子技术的方案中(J. B. Y. Tsui and G. H. Schrick,“Instantaneous frequency (IFM) receiver with capability to seprate cw and pulsed signals,，，US patent :4194206, 1980)已有初步的体现，但它不具备光子技术型方案所拥有的大瞬时带宽、宽覆盖范围、强抗电磁干扰性能等优势。为基于光子技术同时实现连续型、脉冲型微波信号类型及频率的检测，本发明公布了一种新颖方法及装置。
发明内容
鉴于以上陈述的已有方案在微波参数同时检测、或者检测带宽上的不足，本发明旨在提供一种具有大瞬时带宽的光子技术型检测方法及装置，同时实施信号类型、载波频率的检测。本发明的目的通过如下手段来实现。—种基于光子技术的微波信号类型和频率检测方法，同时检测出待测微波信号的类型和频率，其特征在于，待测的连续型或脉冲型微波信号加载到两个不同波长的连续激光信号上，然后分成含有相对时延的时延支路和不含相对时延的参考支路；在所述的时延支路，先在两个光信号之间引入相对时延，经光学混频后，选取斯托克斯光或者反斯托克斯光进行探测；在所述的参考支路，两个光信号直接进行光学混频，选取斯托克斯光或者反斯托克斯光进行探测；然后时延支路、参考支路的输出经光电转换后进行电路处理，得到标识信号类型和表征载波频率的两个输出。本发明的目的还在于，为上述方法提供一种予以实现的装置。该装置包含两个连续激光光源、加载待测微波信号的电光调制器，电光调制器的出口光路上设置含有相对时延的时延支路和不含相对时延的参考支路；在时延支路上设置有时延元件、掺铒光纤放大器、光学混频元件、光滤波器、低速光探测器；在参考支路上设置有掺铒光纤放大器、光学混频元件、光滤波器、低速光探测器；时延支路和参考支路的输出与类型分辨及频率测量的电路模块相连。在电路处理模块中，提取两支路中直流分量进行除法运算，获得载波频率值； 提取交流分量，作为连续型、连续型信号的标识，从而实现了信号类型、载波频率的同时检测。实际执行过程为在小信号调制下，待测微波信号经电光调制器对两个激光光信号(角频率分别为^^和《2)进行外调制，然后经光耦合器分成两路。在时延支路中，时延兀件在两个光信号之间引入相对时延差T，被掺铒光纤放大器放大，并在光学混频兀件中实施光学混频，生成角频率分别为(20^-c^)、(2co2-Wl)的斯托克斯光和反斯托克斯光； 利用光滤波器选取斯托克斯光或者反斯托克斯光，然后进行低速光电探测。在参考支路中， 两个光信号直接被掺铒光纤放大器放大，并在光学混频元件中实施光学混频，生成角频率分别为的斯托克斯光和反斯托克斯光,其中之一被光滤波器选取出来进行低速光电探测。此时，混频支路和参考支路的输出信号(Im和Ik)可表示为IM(t) l+^2[f (t)]2+2^2[f (t)f (t+T )] (I)IE(t) l+3^2[f(t)]2(2)其中f(t)，f(t+x)为待测微波信号和对应的时延信号，0为调制深度。根据公式(I)和(2)，下面依次分析连续型微波信号、脉冲型微波信号两种情况。当微波信号为连续型时，可以表示为f(t) =(308(^4)，从而(I)和(2)式可进一步推导为Im (t) 1+ 3 2
⑶Ik⑴ 1+1. 53 2(4)其中Q0 = 2 Jiftl为待测微波信号的角频率，&为待测的载波频率。这里，高频分量在低速探测器中被抑制，仅保留直流分量。当微波信号为脉冲型时，将其用傅里叶级数的形式表示为
权利要求
1.一种基于光子技术的微波信号类型和频率检测方法，同时检测出待测微波信号的类型和载波频率，其特征在于，待测微波信号可为脉冲型微波信号或连续型微波信号；所述的待测微波信号加载到两个不同波长的连续激光信号上，然后分成含有相对时延的时延支路和不含相对时延的参考支路；在所述的时延支路，先在两个光信号之间引入相对时延，经光学混频后，选取斯托克斯光或者反斯托克斯光进行探测；在所述的参考支路，两个光信号直接进行光学混频，选取斯托克斯光或者反斯托克斯光进行探测；然后所述的时延支路、参考支路的输出经光电转换后进行电路处理，得到标识信号类型和表征载波频率的两个输出。
2.根据权利要求I所述之一种基于光子技术的微波信号类型和频率检测方法，其特征在于，在所述的时延支路、参考支路中利用光滤波器完成斯托克光和反斯托克斯光的选取， 然后以低速光探测器实施光电转换对应于连续型微波信号获得直流分量输出；对应于脉冲型微波信号获得直流分量和低频交流分量输出。
3.根据权利要求2所述之一种基于光子技术的微波信号类型和频率检测方法，其特征在于，在所述低速光探测器之后的电路处理中无论是连续型还是脉冲型微波信号，直流分量被提取出来做除法运算，鉴别出与频率相关的相位，获得载波频率值；低频交流分量被提取出来做除法运算，获得信号类型的标识连续型信号时为低电平或者“0”，脉冲型信号时为高电平或者“I”。
4.一种实现权利要求I或2或3方法的基于光子技术的微波信号类型和频率检测装置，其特征在于，包含两个连续激光光源、加载待测微波信号的电光调制器，电光调制器的出口光路上设置含有相对时延的时延支路和不含相对时延的参考支路；在时延支路上设置有时延元件、掺铒光纤放大器、光学混频元件、光滤波器、低速光探测器；在参考支路上设置有掺铒光纤放大器、光学混频元件、光滤波器、低速光探测器；时延支路和参考支路的输出与类型分辨及频率测量的电路模块相连。
5.根据权利要求4所述之基于光子技术的微波信号类型和频率检测装置，其特征在于，时延支路中时延元件采用啁啾光栅或光栅串或光纤；所述时延支路和参考支路中，光学混频元件均采用高非线性光纤或半导体光放大器。
全文摘要
本发明公开了一种基于光子技术的微波信号类型和频率检测方法及装置。脉冲型或者连续型微波信号经电光调制器加载到两个具有不同波长连续激光信号上，然后分成时延支路和参考支路。在时延支路中，在两个光信号之间引入相对时延，进行光学混频，而后利用光滤波器选取斯托克斯光或者反斯托克斯光进行光电探测；在参考支路中，两个光信号直接进行光学混频，而后选取斯托克斯光或者反斯托克斯光进行光电探测。两支路的输出经电路模块处理后，分别获得对应于信号类型的标识码、对应于载波频率的比值函数，从而同时检测出信号类型、载波频率。本发明旨在以光子技术实现微波信号类型、载波频率的同时检测，大为提高了检测的瞬时带宽和灵活性。
文档编号G01R23/02GK102590668SQ20121003234
公开日2012年7月18日 申请日期2012年2月14日 优先权日2012年2月14日
发明者卢冰, 潘炜, 邹喜华 申请人:西南交通大学