CN107272016A - 基于光开关的波束扫描光控相控阵雷达 - Google Patents
基于光开关的波束扫描光控相控阵雷达 Download PDFInfo
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Abstract
一种基于光开关的波束扫描光控相控阵雷达，包括：一多波长激光器；一波长切换单元，其输入端与多波长激光器的输出端连接；一光放大器，其输入端与波长切换单元的输出端连接；一光纤，其一端与光放大器输出端连接；一调制器，其输入端与光纤的另一端连接，该调制器调制雷达信号；一光分束器，其输入端与调制器的输出端连接；一单模光纤阵列，其一端与光分束器输出端连接；一色散光纤阵列，其每一端与对应的单模光纤阵列的一端连接；一幅度控制器阵列，每一幅度控制器阵列的输入端与对应的色散光纤阵列连接；一移相器阵列，其每一输入端与幅度控制器阵列每一输出端连接；一光电探测器，其每一输入端与移相器阵列每一输出端连接。
Description
技术领域
本发明属于微波光子学技术领域，特别是一种基于光开关的波束扫描光控相控阵雷达，其可实现波长快速切换。
背景技术
光控相控阵雷达的波束形成的角度是由光波长所决定的，因此，其角度的扫描速率则取决于波长切换的速度。随着相控阵雷达在军事上的发展和进步，快速的扫描速率已经成为越来越重要的需求。
国内外已提出许多光控相控阵波束形成方案，但是，这些方案都存在许多弊端，首先，相控阵雷达的波束切换时间受到激光器波长切换时间的限制，通常扫频激光器是由快速可调谐光滤波器和宽带增益介质构成，因此，其波长扫描的速率则取决于增益介质和可调谐光滤波器的速度决定。由于扫频激光器的切换方式是基于机械切换，因此其波长切换时间仅可达到毫秒级，这远小于实际应用中所需的微秒级扫描速度。因此，需要实现波长快速切换的波束扫描方式，从而代替相控阵雷达中的可调谐激光器波长切换速度慢的不足，进一步满足军事上的要求。我们采用纳秒级光开关，通过程序控制的方法对波长进行周期性切换，不仅可实现纳秒级的波长切换时间，而且其扫描方式也可通过程序根据实际需求进行选择。另外，采用射频电子波束形成网络体积巨大，通过移相器控制射频信号的相位易存在波束偏移，信号的瞬时带宽受到孔径渡越时间的限制，同时，为了提高雷达的分辨能力、识别能力、对抗反辐射导弹袭击的能力以及解决多目标成像的问题，相控阵雷达必须采用具有大瞬时带宽的宽带信号。为了解决这一问题，使相控阵天线在宽角度扫描情况下具有处理宽带信号的能力，我们采用色散光纤延时网络，实现了波束指向灵活可控。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种基于光开关的波束扫描光控相控阵雷达，其可实现对波长进行快速扫描，并且通过对延时网络色散长度的选取实现波束扫描角度的控制。
本发明提供一种基于光开关的波束扫描光控相控阵雷达，包括：
一多波长激光器；
一波长切换单元，其输入端与多波长激光器的输出端连接；
一光放大器，其输入端与波长切换单元的输出端连接；
一光纤，其一端与光放大器输出端连接；
一调制器，其输入端与光纤的另一端连接，该调制器调制雷达信号；
一光分束器，其输入端与调制器的输出端连接；
一单模光纤阵列，其一端与光分束器输出端连接；
一色散光纤阵列，其每一端与对应的单模光纤阵列的一端连接；
一幅度控制器阵列，每一幅度控制器阵列的输入端与对应的色散光纤阵列连接；
一移相器阵列，其每一输入端与幅度控制器阵列每一输出端连接；
一光电探测器，其每一输入端与移相器阵列每一输出端连接。
本发明的有益效果是，其能够实现波长的快速切换，以及扫描角度的控制。
附图说明
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，现在结合具体实例，并参照附图对本发明做进一步说明，其中：
图1是本发明的原理结构图；
图2是波长切换单元的多波长快速切换原理图。
具体实施方式
请参阅图1所示，本发明提供一种基于光开关的波束扫描光控相控阵雷达，包括：
一多波长激光器1，该多波长激光器1中的每个光载波的波长可以独立控制，根据需求，对多波长激光器1各输出端进行选择与设置，使其相邻波长间隔保持0.1nm，中心频率为1545nm，输出的每个光载波幅度相位保持一致，每个光载波时间上为连续光；
一波长切换单元2，其输入端与多波长激光器1的输出端连接，所述波长切换单元2的切换时间小于10ns，根据多波长激光器1的输出波长间隔，编写光开关程序使得多个光载波在时域上实现分离，光开关为1×8的纳秒级高速电光开关，其切换时间小于10ns，损耗小于5dBm，从而实现波长在所需范围内进行反复快速的扫描，也可通过编写开关程序，实现对某一波长的锁定，实现对特定方向的检测，当发现某一方向有异物时，可以将其锁定在其对应的波长上，从而进一步对物体分析并采取相应措施；
一光放大器3，其输入端与波长切换单元2的输出端连接，输出的光载波经过光纤放大器(EDFA)对链路的损耗进行补偿，使得8个通道的信号的功率大小能够达到各器件的最佳工作状态，光放大器3的放大倍数以及3dB带宽，均根据链路所需进行选择；
一光纤4，其一端与光放大器3输出端连接，为普通单模光纤，对光进行传输；
一调制器5，其输入端与光纤4的另一端连接，，将放大后的光载波输入到强度调制器5，被发射的雷达信号在调制器5中进行电光转换调制，该调制器5调制雷达信号，将雷达信号调制到光载波上实现在光域上对电信号的传输，该调制器5的带宽大于20GHz，半波电压小于4V，雷达信号中心频率为10GHz，带宽为4GHz，通过偏置电压反馈电路板控制调制器5的工作点，可以使其稳定工作在所需状态上，输出信号达到稳定；
一光分束器6，其输入端与调制器5的输出端连接，将调制后的光经过1：8的光分束器分成8路，构成8个通道，该8个通道的信号所携带信息完全一致，分束后的8路光信号分别进入8路光延时网络实现相位的改变；
一单模光纤阵列7，其一端与光分束器6输出端连接；
一色散光纤阵列8，其每一端与对应的单模光纤阵列7的一端进行熔接；
其中单模光纤阵列7和色散光纤阵列8中的每一通道的连接方式为，单模光纤和色散光纤构成的延时线总长度可根据实际需求设定为100-2000m，相邻光纤之间的色散光纤8的长度差为18.5m，色散系数为-140ps/nm.km，8个通道的延时均由不同长度的单模光纤7和色散光纤8构成，他们的总长度保持一致，色散光纤8的长度以固定差值的长度分布，相应的单模光纤7的长度也以对应的差值分布，形成如图1中虚线所示的通道之间的延时差，使得8个通道的光产生不同的相位，从而实现波束扫描角度的控制。
一幅度控制器阵列9，每一幅度控制器阵列9的输入端与对应的色散光纤阵列8连接，对经过延时后的光幅度进行微调，补偿因链路损耗的不同造成的差异，从而保证8路光信号的幅度一致；
一移相器阵列10，其每一输入端与幅度控制器阵列9每一输出端连接，。
其中单模光纤阵列7、色散光纤阵列8、幅度控制器阵列9和移相器阵列10的通道数为4-64，移相器阵列10用于补偿由于外界环境的影响以及***误差造成的相位偏差。
一光电探测器11，其每一输入端与移相器阵列10每一输出端连接。
其中光电探测器11的带宽大于20GHz，响应度大于0.95A/W，将8个通道的光信号分别转换成电信号。
参阅图2所示，为波长切换单元的多波长快速切换原理图，多波长激光器1输出的光载波为时间上连续，频率上为中心频率1545nm，相邻波长间隔保持0.1nm，为达到波长切换效果，即某一时刻仅有某一波长的光，一个周期内不同时刻不同波长的光呈现扫描状态，本发明利用程控光开关的方法实现，通过光开关对8个通道的光进行开断状态的控制，使得8个通道不同波长的光在不同时刻输出，从而实现了多波长快速切换。
以上所述的具体实施事例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的说明。应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施事例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种基于光开关的波束扫描光控相控阵雷达，包括：
一多波长激光器；
一波长切换单元，其输入端与多波长激光器的输出端连接；
一光放大器，其输入端与波长切换单元的输出端连接；
一光纤，其一端与光放大器输出端连接；
一调制器，其输入端与光纤的另一端连接，该调制器调制雷达信号；
一光分束器，其输入端与调制器的输出端连接；
一单模光纤阵列，其一端与光分束器输出端连接；
一色散光纤阵列，其每一端与对应的单模光纤阵列的一端连接；
一幅度控制器阵列，每一幅度控制器阵列的输入端与对应的色散光纤阵列连接；
一移相器阵列，其每一输入端与幅度控制器阵列每一输出端连接；
一光电探测器，其每一输入端与移相器阵列每一输出端连接。
2.根据权利要求1所述的基于光开关的波束扫描光控相控阵雷达，其中单模光纤阵列、色散光纤阵列、幅度控制器阵列和移相器阵列的通道数为4-64。
3.根据权利要求3所述的基于光开关的波束扫描光控相控阵雷达，其中单模光纤阵列和色散光纤阵列中的每一通道的连接方式为，单模光纤和色散光纤构成的延时线总长度为100-2000m，相邻光纤之间的色散光纤的长度差为18.5m，色散系数为-140ps/nm.km。
4.根据权利要求1所述的基于光开关的波束扫描光控相控阵雷达，其中多波长激光器中的每个光载波的波长可以独立控制，设置相邻波长间隔保持0.1nm，中心频率为1545nm。
5.根据权利要求1所述的基于光开关的波束扫描光控相控阵雷达，其中波长切换单元的切换时间小于10ns。
6.根据权利要求1所述的基于光开关的波束扫描光控相控阵雷达，其中调制器的带宽大于20GHz，半波电压小于4V，雷达信号中心频率为10GHz，带宽为4GHz。
7.根据权利要求1所述的基于光开关的波束扫描光控相控阵雷达，其中光电探测器的带宽大于20GHz，响应度大于0.95A/W。
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