[发明专利]基于色散补偿技术的远程微波频率测量装置及方法

说明书

提供一种基于色散补偿技术的远程微波频率测量装置，包括中心站、中间链路和远端天线单元。中心站内设有连续波激光器、光隔离器、第一光环形器、色散补偿光纤、第一偏振控制器、偏振分束器、第一光电探测器和第二光电探测器。中间链路含有上行链路和下行链路。远端天线单元设有第二光环形器、第二偏振控制器、双偏振马赫增德尔调制器和天线。还提供一种基于色散补偿技术的远程微波频率测量方法。本发明能够确保中心的隐蔽性和安全性，提高系统稳定性，简化系统结构，不仅实现了对同一个接收信号频率测量范围的灵活控制，同时可以实现不同天线单元接收的信号工作在同一个测频范围内，提高中心站信号处理的能力。

技术领域

本发明属于微波光子频率测量领域，具体涉及一种基于光纤色散补偿技术的光子学辅助远程频率测量方法及其装置。

背景技术

在电子战中，如何从复杂电磁环境中快速、准确识别发射端电子设备信号类型，频率测量是一项必不可少的工作。传统基于电子学的测频方法由于受到电子器件的制造工艺的限制，测频范围只能达到18GHz，难以满足大带宽的频率测量，且结构复杂。近年来，由于微波光子技术兼具微波技术的灵活、易调控和光子技术的大带宽、低损耗、抗电磁干扰等优势，大量研究人员开始考虑用微波光子学技术实现频率测量。该技术的基本原理是将微波信号加载到光载波上，通过电光转换后在光色散介质中传输，经过滤波、放大等处理后在接收端进行光电转换恢复出接收的微波信号。近年来，已见许多有关于基于微波光子学的频率测量技术的报道，其核心原理是将微波信号的频率信息与其他信号参数进行映射，由于这种映射关系是单调的响应，可以得到频率信息与信号参数一一对应的关系。比如：频率-时间映射，频率-空间映射，频率-幅度映射，四波混频以及受激布里渊散射效应等，这些方法在测频精度和测频范围上较传统电子学方法有了很大提高，体现出很多的优势，尤其是基于频率与幅度的关系进行测频是当前研究热点。X.Y.Li，A.J.Wen，X.M.Ma，et al.“Photonic microwave frequency measurement with a tunable range based on adual-polarization modulator”，OSA.Appl.Optics，vol.55，pp.8727-8731(2016)，利用双偏振调制器，结合光纤色散特性，使用PC和Pol调整光的偏振态，构造一个可调谐的频率测量方案。该方案系统机构简单，可实现2-28GHz的测量范围内误差仅0.2GHz，但是该方案对偏振稳定性有很大要求。在实际应用中，射频(RF)接收机通常暴露在敌人的探测波束下，直接拦截相关信号实现频率的测量，许多方案只考虑器件的易于集成化而忽略了接收器的安全性问题。Z.Y.Zhao，K.Zhu，L.Y.Lu，et al.“Instantaneous microwave frequencymeasurement using few-mode fiber-based microwave photonic filters”，Opt.Exp.，vol.28，pp.37353-37361(2020)，提出利用少模光纤实现远距离的瞬时微波频率测量，即通过电缆或单模光纤(SMF)将廉价的天线单元(AU)和昂贵的信号处理单元(SPU)分离，让信号处理单元远离天线接收单元，使其更加隐蔽免受敌方攻击。然而，上述方案存在一定的局限性。一是测频的范围只能达到0.5-17.5GHz，测频范围小且测频范围不可调谐，对于多个天线接收单元，无法满足同时工作在同一测频范围内；二是实验中使用了两个激光源且入射波长不等，增加了系统的复杂度。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种基于色散补偿技术的远程微波频率测量装置，包括：中心站、中间链路和远端天线单元；其中

中心站内，设有连续波激光器LD、光隔离器Isolator、第一光环形器OC1、色散补偿光纤DCF、第一偏振控制器PC1、偏振分束器PBS、第一光电探测器PD_X和第二光电探测器PD_Y；

中间链路含有上行链路和下行链路，包括第一单模光纤SMF1、第二单模光纤SMF2、第一掺饵光纤放大器EDFA和第二掺饵光纤放大器EDFA；