一种光电混合信号处理与传输设备及方法与流程

本发明涉及载人航天技术与测，特别是一种光电混合信号处理与传输设备及方法。

背景技术：

1、随着运动平台测控系统的发展，测控系统必须覆盖更多射频和微波频段，并提供精确处理的信息。在微波领域对2-30ghz的微波信号处理、转换以及传输等，电子学都遇到了其前所未有的“电子瓶颈”问题。基于光子技术的微波频率测量系统从根本上突破了电子器件带宽和动态范围的限制，大幅度增加了测频范围。同时，光子技术具有天然的低功耗、高集成度优势，可将传统的高密度电学互连架构缩减为单光纤传输，从机理上可缩减传输通道，提高集成度，甚至产生新的设备形态。此外，光子设备的响应时间远高于电子设备，使得系统的实时性得以改善。发展无线电的光电混合信号处理技术，使其可以在较高频率进行信号数字化，并比以往任何时候都更高的分辨率，使其对系统性可做更快的处理和评估。单个光电混合信号处理与传输设备可替代以往的多个同类设备，减少系统的尺寸、重量、功耗和成本。

2、此外，实现运动平台航天测控系统关键设备自主保障，推动民族测控通信设备的产业化发展，因而研发一种光电混合信号处理与传输设备的需求十分迫切，势在必行。

技术实现思路

1、针对现有运动平台测控系统采用纯射频信号传输带来的信号路数多、隔离度与采样率较低、传输距离近、空间占用大等问题，本发明提供了一种光电混合信号处理与传输设备及方法。

2、本发明公开了一种光电混合信号处理与传输设备，其包括射频光发射机、光电混合旋转关节、射频光接收机；

3、所述射频光发射机，用于将来自测控数传天线输出的多路射频信号与低频信号转换为光信号；

4、所述光电混合旋转关节，用于将所述光信号传输至所述射频光接收机；

5、所述射频光接收机，用于从所述光信号中恢复出多路射频信号与低频信号，并将多路射频信号转换为中频信号。

6、进一步地，所述射频光发射机由低噪声放大器、光发射模块、低频转换模块、波分复用器组成；

7、所述低噪声放大器，用于对每路射频信号进行放大，并将放大后的多路射频信号送入光发射模块；

8、所述光发射模块，用于将多路射频信号调制到光载波上，形成多路射频光信号；

9、所述低频转换模块，用于将多路低频信号调制到光载波上，形成多路数字光信号，并对多路射频光信号与数字光信号分配的光波长加以区分；

10、所述波分复用器，用于将多路射频光信号与多路数字光信号耦合到同一根光纤中，并将耦合后的光信号输入到光电混合旋转关节。

11、进一步地，射频光接收机包括光接收模块、低频转换模块、解波分复用器、射频数字化模块；

12、所述解波分复用器，用于从光电混合旋转关节输出的耦合后的光信号中恢复出的多路射频光信号与数字光信号，并将恢复出的多路射频光信号输入所述光接收模块，将恢复出的数字光信号输入低频转换模块；

13、所述光接收模块，用于将所多路射频光信号经过光电转换恢复成原始的多路射频信号；

14、所述低频转换模块，用于将数字光信号转换为多路低频信号，并将其送入后端测控基带；

15、所述射频数字化模块，用于对接收到的多路射频信号进行变频、采样与数字化，并将得到的中频信号送入后端测控基带。

16、进一步地，还包括后端测控基带；

17、所述后端测控基带，用于将接收到的多路低频信号传输至低频转换模块；

18、所述低频转换模块，用于将多路低频信号进行并串转换合成为数字合成信号，并将数字合成信号调制到光载波上，形成数字光信号；

19、所述光电混合旋转关节，用于将接收到的所述数字光信号送入低频转换模块；

20、所述低频转换模块，用于对所述数字光信号进行光电转换，恢复出数字合成信号，通过并串转换，将数字合成信号恢复出多路ttl电平标准的低频信号，并将恢复出的多路低频信号发送至测控数传天线。

21、进一步地，所述光电混合旋转关节包括多路电旋转连接器和1路光旋转连接器，能够向任意方向传输所述光信号与电信号；

22、所述光旋转连接器，用于在旋转状态下传输1路单模光信号；

23、所述电旋转连接器，用于在旋转状态下传输微波射频信号与数字信号。

24、进一步地，所述射频光接收机中的电连接器，用于将交流信号与直流信号传输至光电混合旋转关节中的电旋转连接器；

25、所述射频光发射机中的电连接器，用于将光电混合旋转关节中的电旋转连接器传来的交流信号与直流信号传输至测控数传天线。

26、本发明还公开了一种基于光电混合信号处理与传输设备的方法，其包括：

27、所述射频光发射机将来自测控数传天线输出的多路射频信号与低频信号转换为光信号；

28、所述光电混合旋转关节将所述光信号传输至所述射频光接收机；

29、所述射频光接收机从所述光信号中恢复出多路射频信号与低频信号，并将多路射频信号转换为中频信号。

30、进一步地，所述低噪声放大器对每路射频信号进行放大，并将放大后的多路射频信号送入光发射模块；

31、所述光发射模块将多路射频信号调制到光载波上，形成多路射频光信号；

32、所述低频转换模块将多路低频信号调制到光载波上，形成多路数字光信号，并对多路射频光信号与数字光信号分配的光波长加以区分；

33、所述波分复用器将多路射频光信号与多路数字光信号耦合到同一根光纤中，并将耦合后的光信号输入到光电混合旋转关节。

34、进一步地，所述解波分复用器从光电混合旋转关节输出的耦合后的光信号中恢复出的多路射频光信号与数字光信号，并将恢复出的多路射频光信号输入所述光接收模块，将恢复出的数字光信号输入低频转换模块；

35、所述光接收模块将所多路射频光信号经过光电转换恢复成原始的多路射频信号；

36、所述低频转换模块将数字光信号转换为多路低频信号，并将其送入后端测控基带；

37、所述射频数字化模块对接收到的多路射频信号进行变频、采样与数字化，并将得到的中频信号送入后端测控基带。

38、进一步地，所述后端测控基带将接收到的多路低频信号传输至低频转换模块；

39、所述低频转换模块将多路低频信号进行并串转换合成为数字合成信号，并将数字合成信号调制到光载波上，形成数字光信号；

40、所述光电混合旋转关节将接收到的所述数字光信号送入低频转换模块；

41、所述低频转换模块对所述数字光信号进行光电转换，恢复出数字合成信号，通过并串转换，将数字合成信号恢复出多路ttl电平标准的低频信号，并将恢复出的多路低频信号发送至测控数传天线。

42、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

43、1、本发明采用微波光子技术、利用波分复用与光采样电量化技术，分别完成上百路射频信号的直接合并传输与数字变换，可在一套系统中完成微波射频信号、光信号与数字信号的宽带传输功能；具有高集成度、高可靠性、强扩展性，能够减少设备与接口数量。

44、2、本发明射频光发射机与射频光接收机中的激光器、光电转换、电光转换芯片均为国产化器件，光电混合旋转关节中的电旋转连接器与光旋转连接器均为国产化部件。

45、3、本发明采用了光电混合旋转关节，具有体积小、重量轻、安装维护简单的特点，可大大节省天线中心体内部的占用空间，采用了光电混合传输技术，可提高信号路间隔离度与相位一致性，有利于系统角跟踪性能提高，本可广泛应用于航天测控通信系统。