[发明专利]基于全光信息处理的雷达通信一体化装置和方法

说明书

一种基于全光信息处理的雷达通信一体化收发装置和方法，该装置在发射端利用光频率梳模块生成频率间隔可调的频率梳作为本振信号，通过光子外差混合产生毫米波乃至太赫兹频率的信号；在接收端，采用光子模数转换系统，以高速的光学采样脉冲为基础，对高频段、大带宽信号进行光脉冲采样处理，并通过解复用方式来缓解后端电模数转换器的量化压力。本发明可以在雷达和通信频谱共享时，基于微波光子技术完成高频段、大带宽一体化信号的产生与接收处理，对实现具有高信息传输速率和高分辨率目标探测的雷达通信一体化收发系统具有重大意义。

技术领域

本发明涉及雷达通信一体化技术领域和微波光子技术领域，具体是一种基于全光信息处理的雷达通信一体化装置及方法。

背景技术

在当代电子通信系统中，雷达和无线通信系统都发挥着至关重要的作用。随着无线设备数量的指数增加和高速数据传输要求更高的带宽需求，导致了电磁频谱的过度拥挤。现阶段的通信和雷达频段已经出现了大量重叠区，在更高频段，5G毫米波通信频段与车载毫米波雷达的工作频段十分接近，将有越来越多的雷达频段受到干扰。另一方面，随着电子设备的快速发展以及人们对电子通信设备多功能化的急切需求，原相互独立的设备逐渐走向了一体化的发展方向，设备的多功能化与一体化逐渐成为一种发展趋势。

雷达通信一体化平台是指在能够同时实现雷达探测功能和通信功能的无线电系统。目前，雷达通信一体化的体制主要分为两类，分别是共享硬件平台的一体化系统和共享一体化波形的系统。其中，共享硬件的体制例如分时、分频、分波束等，但是这些体制下，雷达系统和通信系统需要进行资源划分，且仍然存在互相干扰的问题。而共享一体化波形的雷达通信一体化系统，除共用同一硬件平台外，可在同一频谱下通过一体化波形同时实现目标探测和信息传输的功能，是实现微小型一体化硬件系统的重要研究方向。

新一代的雷达系统正朝向宽带化、小型化和具备可重构特性的趋势发展。与此同时，为了满足未来通信网络的需求，通信系统将要朝着更大带宽、更高传输速率的方向发展。但是，随着超宽带技术的发展，基于微波、半导体和数字集成电路技术的雷达和通信系统受限于微波设计工艺的渡越时间、电磁串扰和时间抖动等电子瓶颈，严重限制了一体化系统的工作带宽以及工作频段。相比之下，微波光子技术具有产生和处理宽带微波信号的优势。

目前，光子辅助的宽带化雷达通信一体化技术已经成为发展新一代电子信息系统的研究热点，带来了许多优势，如高频率、大带宽和低电磁干扰。例如，在发射端通过光注入锁定技术、光锁相环技术、光注入锁相环技术等技术产生毫米波信号，以及微波光子倍频技术产生宽带信号，以此避免传统电器件工作带宽以及工作频段限制。

此外，在系统的接收端，受限于接收端的电子模数转换器等电子器件的带宽，一体化系统存在目标探测分辨率和数据通信速率较低的问题。在雷达目标探测能力方面，针对该接收系统的分辨率不高的问题，有人提出了去斜接收方案，该方案通过将信号成像处理部分在模拟域上完成，来避开后端电模数转换器的带宽限制，同时接收端的下变频过程被模拟去斜过程替代，通过使用一定延时的发射信号作为本地的去斜参考信号，来保持雷达接收机的相参性能。虽然该方案可通过将宽带的回波信号被映射到低频的窄带信号来避免电器件带宽限制，并且保留了原始的宽带分辨率，但是带来了雷达侧视范围的问题。受限于信号的时宽和后端电模数转换器的采样率，雷达侧视范围非常有限，并且分辨率还会随着物体的距离与侧视范围中心的偏移而不断恶化。

然而光子模数转换方案，以高速的光学采样脉冲为基础，对高频段、大带宽信号进行光脉冲采样处理，并通过解复用方式来缓解后端电模数转换器的量化压力，能够以多个低速低采样率的电模数转换器来实现总体上的高速高采样率的模数转换性能，再进行后端并行数据处理，打破了电模数转换器的带宽限制和采样率限制。此外，在后端通过适配的算法处理流程可以避免分辨率随测试范围中心偏移而恶化的问题。

因此，开展基于光子辅助的雷达通信一体化技术的研究，完成高频段、大带宽一体化信号的产生与接收处理，对实现具有高信息传输速率和高分辨率目标探测的雷达通信一体化收发系统具有重大意义。

发明内容