[发明专利]一种采用光控延时网络的光控相控阵系统及其控制方法

说明书

本发明提供一种采用光控延时网络的光控相控阵系统及其控制方法，基于“波长调谐+色散光纤”的光延时方法实现延时调节，通过改变光在色散光纤传输时所经历的色散，从而对光的群速度进行控制，达到可调延迟的目的。由于色散光纤对于不同的波长具有不同的色散特性，所以可以通过调节波长的方法来调节延迟时间，这种方式具有较大的时宽带宽积(约10supgt;5/supgt;量级)，延迟量可达微秒量级，借助连续可调的波长变换可以实现延迟量的连续可调。该方法具有延时控制精度高、系统紧凑等优点。采用鉴相器完成对光控相控阵模块通道间的延时幅度/相位一致性的监视，通过调节激光器波长改变两路之间延时差，最终使得两路的延时一致，实现了移相精度的监测补偿。

技术领域

本发明涉及电通信技术领域，具体涉及一种采用光控延时网络的光控相控阵系统及其控制方法。

背景技术

自上世纪80年代末以来，随着微波信号光调制技术和半导体光电子集成电路技术的迅猛发展，人们提出了将信号的光纤传输与光电子技术应用于相控阵雷达的构想，经过二十多年的发展，对光控相控阵雷达技术的研究已经覆盖了从L波段到毫米波的整个雷达工作频段。目前国际上光控相控阵雷达主要有美国、欧盟、俄罗斯3条发展路径，中国也在不断跟踪研究中形成了鲜明的特色。

光控相控阵模块的核心为可变光延迟线，其延时原理为通过改变光信号在光纤中的传输时间，从而改变被调制到光上微波信号的延迟时间。根据光纤延时t和光纤长度L与传播速度v之间的关系t= L/v，可知实现光纤延时线的可变的方法为：①、改变光纤长度L，即程式可调光延迟;②、改变传播速度v，即变光速可调延时。

程式可调光延迟大都采用基于“光开关+光纤”的拓扑结构。如图1-3所示，程式可调光延迟的优点在于时宽带宽积很大(约106量级)，可以实现微秒甚至毫秒量级的延时。然而，在这种方法中的光纤长度是预先设定好的，所以只能实现延迟量的离散调节，即使保证光纤的切割精度在1 mm左右，延迟量的调节步长也在皮秒量级，无法满足需要对延迟量进行连续调节的一些应用。另外，目前的光开关还存在切换速度慢、通道间隔离差等问题。

变光速可调延时可以分为①可控慢光和②“波长调谐＋色散光纤”两种。可控慢光方式，主要是通过外接作用使得材料的色散特性发生改变，在某一频段内出现强烈的色散，从而使处于该频段内的光信号群速度减小，来达到可控延迟的目的。目前该方向的研究主要集中在利用光纤中的受激布里渊散射（SBS）来实现可控延迟，根据相关报道布里渊延迟线已经实现GHz微波信号ps级和ns级的延迟，不过目前该方式还处于实验室探索阶段，离工程实用还有段距离。

发明内容

本发明是为了解决现有探测雷达系统无法进行无色散移相的问题，提供一种采用光控延时网络的光控相控阵系统及其控制方法，采用“波长调谐＋色散光纤”的方法，通过改变光在光纤传输时所经历的色散，从而对光的群速度进行控制，达到可调延迟的目的。由于光纤对于不同的波长具有不同的色散特性，所以可以通过调节波长的方法来调节延迟时间，这种方式具有较大的时宽带宽积(约10⁵量级)，延迟量可达微秒量级，借助连续可调的波长变换可以实现延迟量的连续可调，具有延时控制精度高、系统紧凑等优点。

本发明提供一种采用光控延时网络的光控相控阵系统，包括依次电连接的光发射模块、光延时模块、光接收模块和与光发射模块、光接收模块均电连接的监测补偿控制模块；

光发射模块用于接收射频信号并进行光电转换，光发射模块用于产生激光并进行光电转换，光延时模块用于进行延时调节，光接收模块用于进行光电探测并形成和波束、差波束输出，监测补偿控制模块用于监视和波束、差波束的延时幅度、相位并通过调整光发射模块波长改变和波束、差波束延时差，得到延时相同的和波束、差波束；

光发射模块包括并列设置的第一激光器模块、第二激光器模块，设置在第一激光器模块一侧的射频信号调制模块和与第一激光器模块、第二激光器模块、射频信号调制模块均电连接的调制模块，第一激光器模块、第二激光器模块和射频信号调制模块均与监测补偿控制模块电连接，调制模块的输出端与光延时模块的输入端电连接；