基于受激布里渊效应的多频率高精度微波光子测频方案的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及微波检测技术领域，尤其是一种基于受激布里渊效应的多频率高精度频率测量。适用于解决对高频带多频率的未知微波信号进行精确测量。
【背景技术】
[0002]在现代电子对抗和微波检测领域中，微波频率检测技术是一项关键的技术，通过瞬时频率测量可以快速的定位未知信号的频段，从而辅助查明敌方电子设备信息，利于我方战略部署。由于电子瓶颈的限制，传统的电子测频很难实现宽频率的测量，且具有体积大、功耗高、易受电磁干扰等缺点。近年随着微波光子技术的发展，微波光子频率测量技术以其测量范围大、体积小、功耗低、抗电磁干扰等优点，逐渐成为研宄的热点。
[0003]目前的微波光子测频技术主要分为三类:频率-功率映射、频率-空间映射、频率-时域映射。其中基于频率-功率映射的微波光子测量方案是将频率信息映射到线性的幅度比较函数上，实现频率与功率的一一对应，由于该方案数字信号处理简单、成本低，已经成为微波光子频率测量的主流技术。至今已经实现了的测频范围大于20GHz和测量分辨率小于200MHz的微波频率测量。
[0004]上述三种方案都只能针对单频率微波信号进行测量，其测量精度远小于与电子测频技术的精度。因此，基于受激布里渊效应的微波光子信号测频技术被提出，该方案实现了对多频率信号的测量，但是必须通过高成本地分析整个系统的微波传输函数来获得未知微波信号的频率值。为了克服已有方案的缺点，本发明提出了一种基于受激布里渊效应的高精度多频率微波测量方案。
【发明内容】
[0005]鉴于现有技术的以上缺点，本发明的目的是提供一种基于受激布里渊效应的多频率高精度微波光子测频方案，该方案结构简单，适合于多频率、高精度测量。通过调节该结构中不同参数值下受激布里渊效应的作用方式，将该测量方案分为多频率瞬时粗度测量和单频率逐步高精度测量两个步骤，实现了对探测信号的多频率高精度测量。
[0006]本发明的目的是基于如下分析和方案提出和实现的:
[0007]一种基于受激布里渊效应的多频率高精度微波光子测频方案，其特征在于:在包括单波长激光器(101)、双驱动马赫曾德尔调制器(102)、马赫曾德尔调制器(103)、光隔离器(105)、色散位移光纤(106)、光环形器(107)、光电探测器(108)、电处理单元(109)、参考微波源(104)的测频系统中，测频过程分为多频率瞬时粗度测量和单频率逐步精度测量(或误差测量)两步骤，分别利用受激布里渊效应中的不同现象来实现动态频率-功率映射和频率-相移映射，其具体过程为:
[0008]步骤I)多频率瞬时粗度测量:将未知探测信号加载在马赫曾德尔调制器上进行抑制载波的双边带调制，并作为受激布里渊效应中的泵浦光；将从零频开始以固定频率步长(f = 1/2 Δ vB,其中Λ νΒ为受激布里渊增益谱全宽)移动的微波信号104(1) (nf, η =1，2，3…)加载在双驱动马赫曾德尔调制器上进行不平衡双边带的调制(受激布里渊效应中的信号光)，形成移动的光频率梳来感应由受激布里渊效应产生的增益、损耗谱，通过检测输出信号光的功率变化情况，可以同时测得多频率未知探测信号的频率值;
[0009]步骤2)单频率逐步精度测量:未知探测信号经电处理单元后产生双边带信号作为泵浦光，一个已知的固定低频微波信号104(2)产生的单边带信号作为信号光；电处理单元(109)包括电混频器和电滤波器两个部分，将未知探测信号分别与步骤一中测得的频率值减去vB的参考频率信号进行混频，然后通过电滤波器将频率位于V β-1/4Δ vB(fvl)?νΒ+1/4Δ vB(fv2) [Hz]的频率分量(f探测信号_f■初次测量+V B)滤出，其中vB为受激布里渊频移；检测信号光的相移量来分步地测量出未知探测信号中每个频率分量的误差值；
[0010]通过以上步骤实现精度〈1MHz的多频率微波信号测量。
[0011]通过本发明的方法，在动态的频率-功率映射中，通过以固定频率步长(f =1/2 Δ vB)移动的微波信号(nf，η = 1,2, 3...)调制在双驱动马赫曾德尔调制器上形成动态的光频率梳，通过检测每步输出信号的功率值来感应探测信号的频率；在频率-相移映射中，通过步骤一中反馈的频率测量结果作用于泵浦光，通过检测已知信号的相移量大小来获得探测信号的精确频率。在多频率瞬时粗度测量过程中，将探测信号加载在马赫曾德尔调制器上进行抑制载波的双边带调制，并作为受激布里渊效应中的泵浦光。将从零频开始以固定频率步长(f = 1/2 Δ vB)移动的微波信号(nf，η = 1,2, 3...)加载在双驱动马赫曾德尔调制器上进行不平衡双边带的调制(受激布里渊效应中的信号光)，形成移动的光频率梳来感应由受激布里渊效应产生的增益、损耗谱。当光频率梳位于增益、损耗谱中，边带的相位和幅度都会发生改变，则相应输出信号光的功率也发生变化。此时，可以根据实际情况采取以下两种方式来进行功率-频率映射:
[0012]I)对检测的信号光功率值序列进行量化(“I”:大于等于参考功率值，“O”:小于参考功率值)获得数字化功率值序列。数字化功率值为“0”，则对应的nf + V B频率值就是未知探测信号各频率分量所属的频带。
[0013]2)对检测的信号光功率值序列进行校验，相邻两步的功率值变化量之和为一常数，然后根据前一步[nf]与后一步[(n+l)f]功率的比值以及相应η值的值，获得未知探测信号各频率分量所属的频率。
[0014]以上两种方式，都通过检测输出信号光的功率变化情况，可以同时测得多频率未知探测信号的频率值。其中方式(I)中只能测得信号频带，误差约为几十兆赫兹，方式(2)测量精度更高，但数字处理更加复杂。方式(I)可用于与步骤二结合使用来实现高精度的多频率测量，方式(2)可用于本发明步骤一单独使用时进行高精度的多频率测量。
[0015]在单频率逐步精度(误差)测量过程中，将未知探测信号经电处理模块处理得到频率为I f?探测信号-f?初始测量+ V BI或If?探测信号-nf I的微波信号，加载在马赫曾德尔调制器上，作为受激布里渊效应的泵浦光；将一已知的低频(fs)微波信号输入到双驱动马赫曾德尔调制器上，调节其偏置电压实现单边带调制，作为受激布里渊效应的信号光。此时产生受激布里渊效应的增益谱和损耗谱在信号光的载波处重叠，在该区域内检测的信号光的相移量与泵浦光的频率成正比，因此通过检测已知的低频(fs)微波信号的相移量，可以获得|f?H言号(n)-nf|的频率值。结合步骤一、二，可以获得探测信号中各个频率的精确值；
[0016]采用本发明相比由频率-功率映射来实现的微波光子频率测量方案，在本发明的步骤一中也采用了频率-功率映射的原理，但本发明是通过移动的光频率梳实现了动态的频率-功率映射。通过对检测到的功率值序列进行数字信号处理，实现了对多频率探测信号的频率瞬时检测。同时本发明的步骤二中提出了频率-相位映射的原理，经电处理单元后将探测信号与步骤一中相应测得的信号频率差(即频率误差值)转换为已知低频微波信号(fs)的相移量。本发明成本低、测量精度高，可应用于高频带多频率微波检测以及电子对抗中。
【附图说明】
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[0017]图1为本发明提供的基于受激布里渊效应的微波频率测量装置的结构示意图；
[0018]图2为本发明装置中的频率测量方案；
[0019]图3为本发明提供的频率测量方案的原理图:(a)多频率瞬时粗度测量原理:(a-Ι)装置参数设置，(a-2)单个频率梳对应的频带范围，(a-3)多频率测量过程中基于受激布里渊效应的频率-功率-量化功率的转换；(b)单频率逐步精度测量原理:(b-Ι)装置参数设置，(b_2)单个频率误差测量过程中基于受激布里渊效应的频率-相位的转换；
[0020]图4为本发明提供的频率测量方案中步骤一的实验结果图:(a)和(b)光谱图，(C)单个频率梳的频率-功率映射图(单频率信号作为未知探测信号)；
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