引用本文:

王文博,陈大雷,戴宪策,等:基于多支路线性调频脉冲信号的波束成形技术研究[J]. 光通信技术,2019,43(1):54-58.

基于多支路线性调频脉冲信号的波束成形技术研究

王文博1,陈大雷1*,戴宪策1,董飞鸿2

(1.中国人民解放军 陆军装甲兵学院蚌埠校区,安徽 蚌埠233000;2.军事科学院,北京100000)

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摘要:基于电子移相器的波束成形技术使用带宽通道会受到限制,引入真延时阵列可有效解决此问题。提出了一种新型波束成形系统,该系统由4个平行通道构成,每个通道为1个具有二阶相位特性的微波光子滤波器(MPF),其原理是基于非均匀采样的有限脉冲响应(FIR)滤波器技术,高斯信号经滤波器滤波后可获得该系统所需的多路线性调频(LFM)信号,各个通道在产生LFM信号后输入各个通道上的天线阵子,同时各路信号利用光纤色散控制延时,从而实现波束指向的调控。由于滤波器输出的信号参数具备可调谐性,因此本系统具有极高的灵活性。通过理论推导和Matlab仿真证明该方法可以实现波形的产生和宽带宽的波束成形。

关键词:线性调频信号;波束成形;微波光子滤波器

中图分类号:TN915.62  文献标志码:文章编号:1002-5561(2019)01-0054-05

DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2019.01.013

0 引言
       相控阵雷达中的波束成形得以实现的关键在于有效控制微波脉冲信号的相位。基于电子移相器的波束成形技术使用带宽通道通常会受到限制,此外,当信号频率发生改变时,其波束指向可能会发生偏斜,影响相控阵雷达的使用[1]。基于光纤的微波信号延时控制具有宽带宽、低损耗、重量轻和抗干扰能力强等优点,近年来得到了国内外学者的广泛研究[1-8]。在之前的研究工作中,最直接的延时控制方法是通过控制微波信号的传输长度[3],但这种方法的延时控制精度较差,且不便于波束指向的连续调谐。文献[4-7]提出了基于光纤色散的微波信号延时连续控制技术,其实现方法是利用色散补偿光纤(DCF)和线性啁啾光纤光栅(LCFBG),通过调谐光信号的载波波长来连续调谐微波信号的延时。在这类系统中,微波信号在传输时难免会受到色散的影响,某些频率的信号可能会严重衰减,虽然这一缺陷可以通过单边带(SSB)调制的方法予以克服,但是在光域实现宽带宽的SSB调制难度较大,且SSB调制还会引入额外的相位。
      现代雷达通常采用具有大时间带宽积(TBWP)的微波脉冲信号以提高雷达的分辨能力,信号模式通常为调频信号或者相位编码信号。由于全光系统所具有的特殊优势,基于光纤系统的信号产生技术得到广泛的研究[8-15]。根据近年来的相关文献研究,大TBWP信号可通过频时映射(FTTM)[8-10]、空时映射(STTM)[11-14]以及二阶相位特性的微波光子滤波器(MPF)获得[15]。但是目前使用全光系统只是进行延时和相位控制,用于实现波束成形的混合微波光子系统尚未得到充分的研究。因此,本文提出一种新型的混合微波光子系统用于实现波束成形。

4 结束语
       本文提出了一种新型的波束成形系统,该系统由多个平行支路的LFM脉冲信号产生子系统构成,每个平行支路为1个具有二阶相位特性的MPF,通过调谐每个支路上的光载波波长即可实现所产生LFM信号的延时调谐,从而实现波束成形。同时,我们利用Matlab仿真对系统进行了验证,通过构建两种不同参数的40抽头MPF,分别实现了中心频率为4GHz和3.9GHz,调谐斜率为80MHz/ns和70MHz/ns,FWHM为7.5ns和7.8ns的两种不同LFM脉冲信号的产生,并对信号的延时控制和基于真延时的波束成形进行了验证。通过仿真可以发现,本文设计的波束成形系统完全可以实现波形的产生和宽带宽的波束成形。