引用本文:
汪熹,李杏,张斯滕,等. 光子时间拉伸相干雷达中信号产生对探测性能的影响[J]. 光通信技术,2020,44(12):1-5.
汪 熹,李 杏,张斯滕,陈建平,邹卫文*
(上海交通大学 电子信息与电气工程学院,上海 200240)
【下载PDF全文】 【下载Word】摘要:采用光纤结构产生线性调频信号的稳定性容易受实验器材和环境因素的影响,导致产生信号的幅相特性发生变化,进而影响到光子时间拉伸相干雷达系统的探测性能。主要分析了实验器材和环境因素对线性调频信号探测性能的影响,包括光纤耦合器分光比、滤波器中心波长偏移及干涉臂的延时扰动等因素。通过仿真不同条件下产生信号脉冲压缩后的峰值功率和距离分辨率,与理想情况下的脉冲压缩结果进行对比,得到各因素的影响情况及保证探测性能的参数范围,可以为光子时间拉伸相干雷达的设计与实现提供参考。
关键词:雷达;线性调频信号;分光比;中心波长偏移;延时扰动
中图分类号:TN256 文献标志码:A 文章编号:1002-5561(2020)12-0001-05
DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2020.12.001
0 引言
作为重要的探测设备,雷达在目标识别、遥感和成像等领域都已得到了广泛的应用。经过几十年的发展,传统微波雷达受限于"电子瓶颈",已难以满足目前大带宽的探测需求,基于光子学技术的微波光子雷达应运而生,其具有大带宽、低损耗、高分辨率和抗电磁干扰等优点。2014年,意大利的研究小组[1]提出了世界上第一个微波光子相干雷达架构,为未来雷达系统的发展提供了一个范例。同年,美国普渡大学[2]提出了具有高时间带宽积的W波段(75~110 GHz)任意波形的光子产生及测距方案,在使用线性调频信号进行实际测距时,实现了3.9 mm的距离分辨率。此后,国内外研究人员提出了多种微波光子雷达的实现方案。2017年,中国科学院电子研究所[3]提出了基于微波光子倍频技术产生线性调频信号的微波光子合成孔径雷达方案,其雷达发射信号带宽为600 MHz,对应成像距离分辨率为25 cm。同年,南京航空航天大学[4]研制出了可实现小目标实时成像的微波光子雷达验证系统,该系统利用微波光子倍频技术将4.5~6.5 GHz 的线性调频信号倍频到K波段(18~26 GHz),成功实现了对小尺寸目标的实时高分辨成像,成像精度优于2 cm。基于波长-时间映射和时间拉伸技术,本课题组[5-6]提出了一种新型的微波光子雷达系统,该系统对不同色散的光脉冲进行光谱滤波与外差拍频,从而产生线性调频信号波形,信号的脉冲宽度为23 ns,频率范围可达5~60 GHz,时间带宽积高达1265,并通过收发实验,在X波段验证了5.4 cm的距离分辨率。该方案的最大优势是能够产生中心频率、带宽和脉宽均可调谐的线性调频信号,这是传统微波光子雷达所不具备的。然而,基于光脉冲外差拍频方法产生线性调频宽带信号的稳定性容易受实验器材和环境因素的影响,导致产生信号的幅相特性发生变化,进而影响到微波光子雷达系统的探测性能。
针对上述问题,本文简要分析光子时间拉伸相干雷达中所产生的宽带信号的幅相特性,主要研究实验器材和环境因素对信号探测性能的影响,包括光纤耦合器分光比、滤波器中心波长偏移及干涉臂的延时扰动等参数。
3 结束语
本文主要分析了实验器材和环境因素对信号探测性能的影响,包括OC分光比、滤波器中心波长偏移及干涉臂的延时扰动等因素。仿真了不同条件下的脉冲压缩输出结果,分析了不同条件下峰值功率和距离分辨率的变化趋势,并与理想情况下的性能指标进行对比,得出的结论为OC分光比主要影响脉冲压缩结果的峰值功率,而滤波器中心波长偏移及干涉臂的延时扰动则对脉冲压缩结果的峰值功率和距离分辨率均会产生影响。为了保证峰值功率损失维持在1 dB范围内,需要同时确保OC分光比保持在0.27~0.73范围内;中心波长偏移、延时扰动分别控制在-0.007~0.007 nm、-14~14 ps范围内。为了保证距离分辨率恶化维持在30%以内,需要同时确保中心波长偏移、延时扰动分别控制在-0.009~0.009 nm、-16~16 ps范围内,在该范围内产生的X波段线性调频信号的探测性能不会出现明显的恶化,从而为光子时间拉伸相干雷达的性能提升及后续的设计与实现提供参考。