[发明专利]一种超宽带快速电磁环境感知装置及其感知方法

权利要求书

1.一种超宽带快速电磁环境感知装置，其特征在于，包括前端电场传感器模块和后端光电处理模块两部分，其中，前端电场传感器模块包括双路同极化电场传感器和两根保偏长光纤；后端光电处理模块包括以下部分：213.226MHz重复频率飞秒脉冲激光器、216.495MHz重复频率飞秒脉冲激光器、2个1:9保偏分光器、2个保偏环形器、2个1GHz电光调制器、四路光电探测器、四路110MHz低通滤波器、4通道250MHz采样率ADC、2个1:9单模分光器、1个双路光功率监测模块、计算机一台、保偏光纤若干、单模光纤若干、射频线缆若干；其中，两个所述飞秒脉冲激光器通过保偏光纤分别与两个1:9保偏分光器连通，通过所述1:9保偏分光器输出激光90％部分通过保偏光纤输入到保偏环形器，输出激光的10％部分通过单模光纤输入到所述电光调制器；经过保偏环形器输出的激光一路通过保偏光纤与双路同极化电场传感器连通，另一路与1:9单模分光器连通；两个所述电光调制器的输出端和两个1:9单模分光器的输出激光的90％部分与四路光电探测器输入端连通，四路光电探测器的输出信号通过射频线缆接入所述低通滤波器之后进入所述ADC，计算机基于所述ADC采样信号计算得到电磁环境信息；双路光功率监测模块的输入端与所述2个1:9单模分光器的输出激光的10％部分连通，双路光功率监测模块的输出端与计算机连接，计算机基于所述双路光功率监测模块的监测信息对两个所述飞秒脉冲激光器的输出功率进行控制。

2.根据权利要求1所述的一种超宽带快速电磁环境感知装置，其特征在于，所述超宽带快速电磁环境感知装置的工作频带覆盖1MHz-40GHz，频带单次测量速度低于1s。

3.根据权利要求2所述的一种超宽带快速电磁环境感知装置，其特征在于，所述双路同极化电场传感器的双路一致性要求为响应函数差异低于3dB。

4.根据权利要求3所述的一种超宽带快速电磁环境感知装置，其特征在于，还包括2个53MHz信号源模块，通过53MHz信号源模块与所述电光调制器连接，对传输激光的实时重频进行校准。

5.根据权利要求4所述的一种超宽带快速电磁环境感知装置，其特征在于，所述两个飞秒脉冲激光器内部设置光功率调节模块。

6.根据权利要求5所述的一种超宽带快速电磁环境感知装置，其特征在于，还包括RS232串口通信数据线若干，基于光功率监测模块中获取的回光功率大小，计算机通过RS232串口通信数据线控制两个所述飞秒脉冲激光器的光功率调节模块对输出光功率进行调节。

7.基于如权利要求6所述超宽带快速电磁环境感知装置的感知方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：两个所述飞秒脉冲激光器同时发出脉冲光，经过1:9保偏分光器，90％的激光进入保偏环形器，10％的激光进入1GHz电光调制器；

S2：所述90％的激光通过保偏环形器进入双路同极化电场传感器，通过所述电场传感器采集周围电磁环境后，激光被反射回环形器，经环形器与上行光分离，进入所述四路光电探测器的3、4通道；

S3：所述四路光电探测器输出的电信号进入200MHz低通滤波器之后，输入到所述ADC的3、4通道中进行采样；

S4：所述10％的激光进入1GHz电光调制器中，所述53MHz信号源接入模块所述电光调制器；所述电光调制器输出的光接入光电探测器的1、2通道，所述光电探测器输出的电信号经过200MHz低通滤波器之后接入所述ADC的1、2通道；

S5：计算机通过RS232串口通信数据线从光功率监测模块中获取回光功率，并通过RS232串口通信数据线对两个所述激光器输出光功率进行调节，保证进入光电探测器3、4通道的光功率为-4dBm，从而保证系统输出保持稳定；

S6：将所述ADC的1-4通道数据输入到计算机中进行频谱计算，获得电磁环境信息。

8.根据权利要求7所述的感知方法，其特征在于，步骤S6中基于所述多路ADC获得电磁环境信息的计算方法为：

首先，利用ADC的1、2通道获取两路光源的精确重频，具体如下：

(1)对所述ADC的1、2通道输出的数据作FFT；

(2)所述1通道中获取53MHz附近第一频率峰值点f11以及53MHz附近第二频率峰值点f12，则213.226MHz重复频率飞秒脉冲激光器的精确实时重复频率为F1＝f11+f12；

(3)所述2通道中获取53MHz附近第一频率峰值点f21以及53MHz附近第二频率峰值点f22，则216.495MHz重复频率飞秒脉冲激光器的精确实时重复频率为F2＝f21+f22；

然后，对ADC的3、4通道输出信号进行处理，得到待测电磁环境中初始频谱；

最后，基于所述实时重复频率F1、F2以及所述初始频谱，通过余数匹配法对光学欠采样频率恢复，进而解算待测电磁信号的频率信息。