一种超宽带微波光子和差波束形成装置及方法与流程

本发明属于微波光子技术、雷达相控阵，特别涉及一种超宽带微波光子和差波束形成装置及方法。

背景技术：

1、在传统相控阵系统中，天线波束扫描是通过调整辐射单元之间的相位关系来实现，然而用微波元器件实现相控阵天线单元的全电子控制系统还存在着许多问题。首先，用微波技术实现的移相器本身具有很高的复杂性，且微波移相器自身的损耗(尤其在毫米波段)和重量也是制约相控阵雷达性能的重要因素之一。其次，相控阵是控制信号的相位来延迟信号，这导致不同频率的信号即使有相同的相位延迟却有不同的时间延时，从而传统相控阵天线在宽带信号情况下存在波束指向偏斜的问题，而导致传统相控阵雷达技术无法获得大瞬时信号带宽，直接影响雷达对目标的分辨、识别和成像能力的提升。

2、在电子对抗领域,辐射源的测向定位精度、灵敏度以及目标信号的提取和识别主要取决于阵列信号处理技术。其中关键技术是波束形成和信号波达方向估计。研究高分辨波束形成以及目标干扰抑制技术有助于提高阵列输出信噪比,从而有助于提高多目标的检测和跟踪性能。其中和差波束形成多应用于雷达天线,在一个角平面范围内形成两个部分重叠的方向性函数相同的波束,将两个波束进行和差处理得到和波束与差波束,进一步利用这两个波束进行处理可以提高系统性能。

3、近年来，微波光子技术被应用于雷达、通信及电子战系统中，通过在光域进行实时延迟的方法补偿孔径渡越时间，可实现相控阵雷达的宽带宽角扫描；同时，光学真延时传输具有损耗低、频带宽、抗电磁干扰等固有优势。因此，可满足现代战争对雷达全方位、高性能的发展要求，成为相控阵雷达发展的一个重要方向。但是微波光子的阵列技术，目前报道的仍然是能实现和波束，差波束由于真延时的负值很难调节实现，因此不容易实现差波束，这严重制约了其实际应用。

技术实现思路

1、本技术的目的在于解决现有技术中差波束难以实现的技术问题。

2、本技术提供一种超宽带微波光子和差波束形成装置，装置包括：

3、雷达阵列天线、两个光波束形成网络、两个光电探测器、多个偏置电压产生板、光调制器阵列偏置点控制模块；

4、雷达阵列天线为m列×2n行，按照行数左右均分为2个微波光子子阵，微波光子子阵大小为m列×n行；

5、其中，两个微波光子子阵器件一致，每个微波光子子阵包括雷达阵列天线m列×n行、n个微波模块、n个激光器、n个光调制器、光波分复用器；两个微波光子子阵的结构相同；每个微波光子子阵分别对应一个光波束形成网络、光电探测器以及光调制器阵列偏置点控制模块；

6、其中，微波模块包括限幅放大滤波电路以及列合成模块；

7、每个微波光子子阵中n行的列天线单元的输出依次经过限幅放大滤波电路和列合成模块、数控衰减器后，一对一加载到光调制器上；微波光子子阵包括第一微波光子子阵以及第二微波光子子阵；

8、每个光调制器对应连接一个激光器；每一激光器对应连接一个偏置电压；每一偏置电压均连接光波分复用器；输出一路进入对应连接的光波束形成网络中；光波束形成网络接入到对应的光电探测器中。

9、可选的，每个微波光子子阵中n行的列天线单元的输出依次经过限幅放大滤波电路和列合成模块、数控衰减器后，一对一加载到光调制器上；

10、同时激光器一对一分别接入光调制器上，光调制器的输入电压分别一对一由偏置电压产生板分别提供，光调制器的输出一对一均送入到光波分复用器中，其中，一路输出送入到对应的光波束形成网络中；光波束形成网络接入到光电探测器中；两个微波光子子阵中光波分复用器的另一路输出为分出1/10份分别送入各自对应的光调制器阵列偏置点控制模块中，光调制器阵列偏置点控制模块分别产生控制字反馈给偏置电压产生板；偏置电压产生板根据电压控制字产生带有偏置直电压的低频正弦信号电压。

11、可选的，两个光调制器阵列偏置点控制模块结构一致，包括光波分复用器、光开关、偏压控制板；来自子阵的多波长光经光波分复用器分出n路单波长，并送入到光开关中，光开关被偏压控制板控制选择输出波长，光信号被送入到偏压控制板中，经低频信号接收机后输出电信号送入到相位比较器，其中比较的低频正弦信号来自第一偏置电压产生板输出，再经单片机产生对应的电压控制字。

12、可选的，两个微波光子子阵的光调制器偏置点能够通过后端的光调制器阵列偏置点控制模块和光调制器处的偏置电压产生板联合控制来调节。

13、可选的，光调制器偏置点通过以下方法调节：

14、偏置电压产生板根据电压控制字识别出需要产生的直流电压和低频正弦信号电压，低频正弦信号经光调制器的输入端叠加到光载波上，多波长的光载波送入光调制器阵列偏置点控制模块中，经光波分复用器按波长分开，并经光开关依次选择后，通过偏压控制板的光探测和相位比较器输出此时偏置电压的比较信息，并通过单片机的分析和控制输出对应的电压控制字进行调节；

15、两个微波光子子阵的光调制器偏置点能够根据反馈控制分别设置为正交点+和正交点-。

16、本技术还提供一种超宽带微波光子和差波束形成方法，方法利用本技术提供的装置实现，其特性在于，方法包括：

17、步骤一：微波光子阵面被等分为两个子阵，两个子阵一致，天线单元将接收到的射频信号经限幅放大滤波后列合成后加载到光调制器上，不同列合成的射频信号被不同波长激光器产生的光调制，最终不同光波长携带不同列的射频信号经光波分复用器合到一起输出；

18、步骤二：两个微波光子子阵的光波分复用器输出的多波长光载波信号，均分出一路分别送入到对应的两个光调制器阵列偏置点控制模块中，在光调制器阵列偏置点控制模块中通过控制光开关切换，依次生成不同光调制器上的低频信号比较值，并通过单片机控制输出对应的电压控制字；电压控制字中包含光调制器编号和对应的电压幅度信息；

19、当第一微波光子子阵和第二微波光子子阵的中1-n个调制器偏置点经各自的光调制器阵列偏置点控制模块控制后，均设置为正交点+时，第一微波光子子阵输出的光经对应的光波束形成网络生成对应指向的波束，第二微波光子子阵输出的光经对应的光波束形成网络生成同样指向的波束，两者组成和波束；

20、步骤三：当第一微波光子子阵的1-n个调制器偏置点经光调制器阵列偏置点控制模块控制后均设置为正交点+时，第二微波光子子阵种1-n个调制器偏置点经光调制器阵列偏置点控制模块控制后均设置为正交点-时，第一微波光子子阵输出的光经对应光波束形成网络生成对应指向的波束，第二微波光子子阵出的光经对应光波束形成网络生成同样指向的波束，此时两个子阵输出的射频相位相差180度，两者组成差波束。

21、可选的，两个子阵中光调制器的偏置点可控；改变第二微波光子子阵的光调制器偏置点，即可形成与子阵1输入相位相反的波束，进而实现差波束。

22、本发明的有益效果是：

23、(1)通过反馈控制调整光调制器阵列的偏置点工作状态及可实现微波光子相控阵的和差波束；

24、(2)上述微波光子相控阵具备超宽带的特性，生成的和差波束也同样具备该特性。