一种用于非平稳信号的时变微波光子滤波器及滤波方法

本发明属于微波光子学，具体提供一种用于非平稳信号的时变微波光子滤波器及滤波方法。

背景技术：

1、非平稳信号是指统计参数随时间变化的信号，非平稳信号的频率分布随时间变化，例如线性调频(lfm)信号，在某一具体时刻，lfm信号的频率只分布一个频点，而这一频点的位置会随时间变化。传统的滤波器频率响应固定，对非平稳信号进行滤波时，不能根据非平稳信号的时频分布特性进行针对性的滤波，导致非平稳信号频带内的噪声无法被滤除，例如传统滤波器对从1ghz变化到9ghz的lfm信号进行滤波时，lfm信号在某一具体时刻，仅在某一频点处有分布，瞬时带宽极窄，但是由于传统滤波器频率响应固定，通带范围需选为1ghz-9ghz，导致大量lfm频带内的噪声通过传统滤波器，继续对lfm信号产生干扰。

2、时变滤波器可根据非平稳信号的时频分布特征，实时设计自身的频率响应，以滤除非平稳信号频带内的噪声。受限于电子瓶颈，传统的电滤波器调谐范围小，通带重构困难，难以在模拟域实现时变滤波器，现有实现时变滤波器的方法是在数字域设计时变滤波器，在数字域内使用时变滤波器对非平稳信号滤波；然而，adc有限的采样速度和数字域时变滤波器的复杂度限制了数字域时变滤波器的滤波能力。

3、微波光子学是一门微波技术与光子学技术相融合的新兴交叉学科，可克服传统微波技术在处理速度和传输带宽等方面的电子瓶颈；微波光子学中所研究的微波光子滤波器具有调谐范围广、调谐速度快、通带易于重构的优点，对其频率响应进行一定的设计便可成为时变微波光子滤波器。因此，针对上文提到的非平稳信号的频带内滤波问题，结合时变微波光子滤波器的优势，本发明提出了一种用于非平稳信号的时变微波光子滤波器及滤波方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对非平稳信号的滤波问题提供一种用于非平稳信号的时变微波光子滤波器及滤波方法，本发明基于受激布里渊散射(sbs)光带阻滤波器设计一种时变微波光子滤波器及滤波方法，在对非平稳信号进行滤波时，根据非平稳信号的时频分布对时变微波光子滤波器的频率响应进行适应性调节，再对非平稳信号进行滤波，能够显著提升信噪比较低的非平稳信号的质量。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、一种用于非平稳信号的时变微波光子滤波器，其特征在于，包括：第一激光源(ld1)、马赫曾德尔调制器(mzm)、第一任意波形发生器(awg1)、掺铒光纤放大器(edfa)、第二激光源(ld2)、双平行马赫曾德尔调制器(dpmzm)、第二任意波形发生器(awg2)、相位调制器(pm)、光隔离器(oi)、长光纤(lf)、光环形器(oc)、光电探测器(pd)；其中：

4、第一激光源输出第一光载波至马赫曾德尔调制器的光信号输入端，第一任意波形发生器输出调制信号至马赫曾德尔调制器的电信号输入端，马赫曾德尔调制器输出调制后第一光载波经掺铒光纤放大器后由光环形器进入长光纤，并于长光钎内形成sbs光学带阻滤波器；

5、第二激光源输出第二光载波至双平行马赫曾德尔调制器的光信号输入端口，第二任意波形发生器输出调制信号至双平行马赫曾德尔调制器的电信号输入端口，双平行马赫曾德尔调制器输出调制后第二光载波并传输至相位调制器的光信号输入端，待滤波非平稳信号(rf)输入至相位调制器的电信号输入端，相位调制器输出相位调制光场经光隔离器进入长光纤，相位调制光场经sbs光学带阻滤波器滤波后由光环形器传输至光电探测器，光电探测器输出滤波后非平稳信号。

6、一种用于非平稳信号的时变微波光子滤波方法，其特征在于，包括以下步骤：

7、在任意时刻t，获取待滤波非平稳信号(rf)的频率frf，调节所述时变微波光子滤波器中第二任意波形发生器输出调制信号的频率fc，使其满足：f2+fc-frf＝f1+vb，f1为第一光载波的中心频率，f2为第二光载波的中心频率，vb为布里渊频移量，再由所述时变微波光子滤波器完成滤波。

8、进一步的，滤波后非平稳信号为：

9、

10、其中，表示滤波后非平稳信号，r为光电探测器的响应度，h1(f)为sbs光学带阻滤波器的光学频率响应、f表示频率，vrf表示非平稳信号的幅度，vπ表示相位调制器的半波电压。

11、更进一步的，sbs光学带阻滤波器的光学频率响应为：

12、h1(f)＝g(f)*s(f)

13、其中，‘*’代表卷积，g(f)为布里渊损耗谱，s(f)为调制后第一光载波的光谱。

14、基于上述技术方案，本发明的有益效果在于：

15、本发明提出了一种用于非平稳信号的时变微波光子滤波器及滤波方法，该时变微波光子滤波器基于sbs光学带阻滤波器设计，sbs光学带阻滤波器能够避免sbs过程中的自发辐射放大噪声，同时具有很好的线性特性；在此基础上，对应的滤波方法根据待滤波非平稳信号(rf)的频率frf实时调节第二任意波形发生器输出调制信号的频率fc，从而调节微波光子滤波器的频率响应，实现时变调节；即：基于本发明提供的时变微波光子滤波器，能够根据待滤波非平稳信号的时频分布特征来设计自身的频率响应，从而有效滤除非平稳信号频带内部的噪声；并且，本发明在模拟域中对非平稳信号进行滤波，得益于微波光子链路的优势，本发明相较于使用数字域时变滤波器的滤波方法具有更强的滤波能力。

技术特征：

1.一种用于非平稳信号的时变微波光子滤波器，其特征在于，包括：第一激光源(ld1)、马赫曾德尔调制器(mzm)、第一任意波形发生器(awg1)、掺铒光纤放大器(edfa)、第二激光源(ld2)、双平行马赫曾德尔调制器(dpmzm)、第二任意波形发生器(awg2)、相位调制器(pm)、光隔离器(oi)、长光纤(lf)、光环形器(oc)、光电探测器(pd)；其中：

2.一种用于非平稳信号的时变微波光子滤波方法，其特征在于，包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述用于非平稳信号的时变微波光子滤波方法，其特征在于，滤波后非平稳信号为：

4.根据权利要求5所述用于非平稳信号的时变微波光子滤波方法，其特征在于，sbs光学带阻滤波器的光学频率响应为：

技术总结
本发明属于微波光子学技术领域，具体提供一种用于非平稳信号的时变微波光子滤波器及滤波方法；其中，时变微波光子滤波器基于SBS光学带阻滤波器设计，能够避免SBS过程中的自发辐射放大噪声，同时具有很好的线性特性；在此基础上，对应的滤波方法根据待滤波非平稳信号(RF)的频率f<subgt;RF</subgt;实时调节第二任意波形发生器输出调制信号的频率f<subgt;c</subgt;，从而调节微波光子滤波器的频率响应，实现时变调节，进而有效滤除非平稳信号频带内部的噪声；并且，本发明在模拟域中对非平稳信号进行滤波，得益于微波光子链路的优势，本发明相较于使用数字域时变滤波器的滤波方法具有更强的滤波能力。

技术研发人员：史双瑾,李浩然,王云祥,范志强,苏君,邱琪
受保护的技术使用者：电子科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/6/5