一种可切换啁啾符号可抗色散衰落的啁啾信号产生方案的制作方法

本发明涉及光通信领域，尤其涉及啁啾信号的产生方案设计与消除在传输中由色散引起的幅度衰落效应，提供一种系统性能高、结构复杂度低、成本低的可切换啁啾符号可抗色散衰落的双频段啁啾信号实现方法和系统。

背景技术：

1、雷达(radar)是radio detection and ranging缩写的音译，其基本工作原理是使用调制的发射信号和特定的天线向空间某区域发射电磁波以捕获目标，搜索到的目标会将一部分能量返回到雷达系统中，并交由接收机处理，进而得到目标的相关空间位置信息。目前，雷达已经广泛的应用在军事和现代生活中并承担着重要角色。例如，雷达常被用作军事目标追踪、侦察地面危险物品、勘探资源、交通测速、风暴预警等。现代雷达系统主要包括发射、收发天线、接收和处理信号等模块。其中，信号源是雷达发射模块的核心组件之一，发射信号的参数指标会直接影响到雷达系统的探测性能。一般来说，雷达波形需满足：可以提供足够的能量，以满足雷达系统的发射功率；大的时间带宽积特性，以提高雷达的探测性能；对干扰回波起到抑制作用。

2、线性啁啾信号拥有强大的脉冲压缩能力，打破了脉冲信号带宽与时宽的制约关系，可同时提高雷达系统的探测范围和分辨力，因而在现代雷达系统中有着广泛的应用。然而，若待测目标处于运动状态且具有较大的速度，则会受到多普勒频移效应的影响引起较大的测距误差，此现象被称作距离-多普勒耦合效应。在现代工程中，为消除此类测量误差，经常在发射机中发射一对相反啁啾率的单啁啾信号或直接发射一种同时包含互补啁啾率的雷达波形，即双啁啾信号。因此，大tbwp的高质量双啁啾信号不仅拥有着强大的脉冲压缩能力，还可以进一步减小由多普勒耦合效应带来的测距误差，因而在雷达系统中有着广泛的应用。早期的双啁啾信号是在电域中直接生成，例如石英晶体、lc振荡电路以及数字合成技术等。但是由于电子器件速率的限制，使得生成的双啁啾微波信号的中心频率和带宽普遍偏小，这将直接影响现代雷达系统的探测性能。

3、为了克服电子器件的瓶颈问题，除了研发新材料、新技术以及开发新型器件之外，人们又另辟蹊径，探索将光子学技术与微波技术相结合的方法产生和处理微波毫米波信号，以更好地解决通信与信息科学中的种种关键问题。因此，逐渐形成了一个融合光子学和微波技术优势的新兴交叉学科——微波光子学。目前，已经报道了很多种基于光子学技术的线性啁啾信号产生方法主要包括以下三种：(1)基于直接空-时域脉冲整形的线性啁啾信号产生。这是一种基于直接时空(dst)映射产生线性啁啾的方法，输入的光信号被转换为空间模式，在空间域中进行处理，然后由dst脉冲整形器转换回时域。产生的信号具有较大的可调范围，但是系统体积大且稳定性差。(2)基于光谱整形与频率-时间映射的线性啁啾信号产生。该方法的系统主要由脉冲光源、光频谱滤波器、色散器件和光电二极管构成。其中脉冲光源用来产生时域窄脉冲信号，光频谱滤波器的作用是对光脉冲的频谱整形，色散元件用来产生频率-时间映射效应，通常采用一段单模光纤或者一个啁啾光纤光栅来实现。而所生成波形的时间长度最多只能限制在几纳秒内，这会限制在雷达系统中的应用。(3)基于外相位调制的线性啁啾信号产生。此方法当前产生信号的带宽受调制指数的限制，tbwp较小、频率较低。

4、在对线性啁啾信号产生技术的调研后发现，基于外调制法的双啁啾信号产生技术是目前最具潜力的发展方向。该方法产生结构简单、产生的雷达信号经过匹配滤波器后，信号会被压缩，并产生很高的自相关峰，从而有效的克服雷达信号接收过程中噪声的影响，提高雷达分辨率。

技术实现思路

1、本发明提出了一种基于双极化双平行马赫-曾德尔调制器(dp-dpmzm)结构产生双频段啁啾信号方案，合理的改变驱动信号的相位就可以在拍频的时候产生啁啾符号相反的啁啾信号，继而切换单啁啾和双啁啾，并且这个方案提出了载波抑制的啁啾信号单边带调制，这可以有效避免由于光纤传输中色散引起的幅度衰落，同时又能消除拍频后落在啁啾信号带内的干扰信号。这些研究成果大大提高系统的灵活性，有望为未来高性能雷达技术的发展提供技术支撑。

2、来自ld的光波注入进dp-dpmzm后被分为两路，上支路注入进dpmzm1(mzm1与mzm2组成),其中mzm1与mzm2都偏置在最小偏置点，其中mzm1被射频信号v1cos(ωmt)驱动，然后这个射频信号经过相移器产生90°相移后驱动mzm2，mzm1与mzm2采用推挽模式，此时通过改变主mzm的偏置电压即可实现不同阶数的单边带调制或者产生四尺光频梳，这为在拍频后切换啁啾符号奠定了基础。另一束光波注入进下支路中的dpmzm2(mzm3与mzm4组成)，mzm3偏置在正交偏置点，被v2cos(kt2)与v2cos(kt2+π/2)驱动，mzm4空载，并且调整主mzm的偏置电压，引入180°相位差，mzm3与mzm4合路后可以产生载波抑制的单边带啁啾信号。上下两支路同相合路后在光电二极管进行光电探测即可产生可切换啁啾的抗色散衰落的啁啾信号。

3、在上支路，mzm1和mzm2偏置在最小偏置点(mitp)，其中mzm1由射频信号v1cos(ωmt)驱动，然后射频信号经过相移器相移90°后驱动mzm2,在这时改变主mzm的偏置电压可以产生不同的边带情况。

4、(1)偏置电压为vπ/2,dpmzm1产生负一阶边带和正三阶边带

5、

6、(2)偏置电压为-vπ/2,dpmzm1产生负三阶边带和正一阶边带

7、

8、(3)偏置电压为0时，产生正负一阶边带和正负三阶边带

9、

10、其中vπ/2是mzm的半波电压。

11、在下支路，mzm3偏置在正交偏置点(qtp)，用v2cos(kt2)驱动进行单带边带啁啾信制，mzm4空载，主mzm由偏置电压引入180°相位差，此时dpmzm2的输出可以表示为：

12、

13、经过调研我们可知光纤的传输函数为：

14、h(ω,z)＝e-j[β(ω)+γ]z                       (5)

15、其中z,β(ω)和γ为长度、传播常数和幅度衰减系数，对β(ω)进行泰勒展开后可得：

16、

17、其中β(ω0)、β′(ω0)、β″(ω0)分别为ω0处的传播常数以及一阶和二阶导数。

18、最后将dpmzm1与dpmzm2合路后的光波经过长度为z的光纤传输之后，对应前边dpmzm1的输入有三种情况有：

19、(1)当主-mzm偏置在vπ/2时，通过长度为z的光纤信号的输出：

20、

21、将传输后的信号送入光电探测器进行拍频可得光电流：

22、

23、(2)当主-mzm偏置在-vπ/2时，通过长度为z的光纤信号的输出：

24、

25、将传输后的信号送入光电探测器进行拍频可得光电流：

26、

27、(3)当主-mzm偏置在0时，通过长度为z的光纤信号的输出：

28、

29、将传输后的信号送入光电探测器进行拍频可得光电流：

30、

31、在(7)—(12)中，f{·}和f-1{·}分别表示傅里叶变换和傅里叶逆变换。从这些结果中可以看出，经过光纤传输，光波除了引入恒定的时间延迟之外，光纤色散也在不同的频率分量中引入了相应的相位延迟，但是它并未影响光波的幅度。

32、本发明提供一种可切换啁啾符号的双波段抗色散的啁啾信号产生方案。

33、方案由双极化双平行马赫-曾德尔调制器(dp-dpmzm)、单模光纤传输链路和光电探测器三部分构成。其中，dp-dpmzm包括：一个偏振控制器(pr)、两个平行的dpmzm和一个偏振合束器(pbc)组成。每个dpmzm由两个子mzm和一个主mzm组成。

34、与其他啁啾信号产生方案相比，本发明的优点在于：(1)提出了较为简单的结构可以同时产生双波段的上啁啾信号和下啁啾信号或者双波段的双啁啾信号，并且可以通过改变dpmzm1中主-mzm的偏置电压来实现上啁啾、下啁啾、双啁啾的切换；(2)提出载波抑制的单边带调制，可以消除拍频后落在啁啾信号带内的单频干扰信号，并且可以有效避免在光纤传输中由色散引起的功率衰落。基于以上两个优点，本发明所提出的方案基于dp-dpmzm集成器件易于集成、结构简单、成本低，并且产生的双波段啁啾信号可以在上啁啾、下啁啾、双啁啾之间灵活切换大大提高了系统的灵活性，再加上有效地消除了在光纤传输中色散引起的幅度衰落进而大幅提高了传统系统的传输距离，对高性能雷达研究具有重要意义。