一种线性调频雷达信号生成系统及生成方法与流程

本发明涉及通信技术领域，具体涉及一种线性调频雷达信号生成系统及生成方法。

背景技术：

激光雷达是一种使用激光进行成像、侦查和测距的主动遥感技术，具有分辨力高、精度高、设备轻巧、抗干扰能力强等优点。目前激光雷达的检测机制主要分为两种：非相干检测与相干检测。非相干检测也被称为直接检测，通过直接测量反射光信号强度的变化实现探测，由于探测方式较为简单直接，广泛应用于飞行时间激光雷达或调幅连续波激光雷达。相干检测使用外差检测的方法，通过测量回波信号与本振信号的频率或相位差实现探测。目前主流的相干检测雷达包括频率调制连续波(frequencymodulationcontinuouswave，fmcw)激光雷达与多普勒测速激光雷达。外差检测方式相比于直接检测方式具有更高的灵敏度，这令相干检测型激光雷达可以工作在更低的发射功率下

fmcw激光雷达是一种发射功率恒定但光载波频率(或相位)持续周期性变化的雷达类型，通过相干检测的方式，测量回波信号与发射信号之间由距离延时引入的调制频率差和相对速度引入的多普勒频率差，从而解调出目标的距离与速度。在同等性能指标下，连续波工作模式相比于脉冲工作模式具有更小的平均发射功率和整体功耗，同时相干检测方式将会比直接检测方式具有更高的灵敏度，这意味着fmcw激光雷达可以工作在更低的发射功率下。相应地，fmcw激光雷达需要一个相对复杂的发射源。

目前实现激光调制的方法可以分为内调制技术和外调制技术两种。内调制技术是指调制过程与激光振荡建立同时进行的调制技术，通过调制改变激光腔的谐振参数，从而实现激光器输出频率的变化，主要包括调制谐振腔的光学长度或改变腔内的增益损耗谱位置等方式；外调制技术是指在激光振荡建立之后，在激光出射的光路上使用调制器对光场参数进行调制的技术。调谐性好的光源大多不够稳定，稳定的光源大多不能宽可调谐。从调制方式的角度而言，由于内调制方式直接改变谐振腔参数，获得大调谐范围相对容易，但是由于激光建立时间的存在会造成输出调频光的瞬时线宽比较宽，导致光源相干长度的减少；或者为了建立起稳定光场就必须限制调谐速率。所以，当前亟需研究一种生成稳定的线性调频雷达信号的方案。

技术实现要素：

为解决现有技术的不足，本发明实施例提供了一种线性调频雷达信号生成系统及生成方法。

第一方面，本发明实施例提供的线性调频雷达信号生成系统包括连续波激光器、第一光耦合器、iq调制器、任意波形发生器及第二光耦合器，其中：

所述连续波激光器，用于产生激光信号并将所述激光信号输入所述第一光耦合器；

所述第一光耦合器，用于将所述激光信号耦合后输入所述iq调制器；

所述任意波形发生器，用于产生线性调频信号以驱动所述iq调制器；

所述iq调制器，用于产生载波抑制单边带光信号并将所述载波抑制单边带光信号输入所述第二光耦合器；

所述第二光耦合器，用于将所述载波抑制单边带光信号分为载波抑制单边带正一阶边带的光信号和载波抑制单边带负一阶边带的光信号，生成线性调频雷达信号。

优选地，所述系统还包括：

直流电压源，用于调整输入iq调制器的电压值，驱动iq调制器工作在正交偏制点。

优选地，所述系统还包括：

直流偏压控制器，用于防止iq调制器的直流偏置电压发生漂移和功率发生抖动。

第二方面，本发明实施例提供的线性调频雷达信号生成方法包括以下步骤：

利用连续波激光器产生激光信号，将所述激光信号输入iq调制器中，其中，所述激光信号的函数表达式为ein(t)＝e0exp(jωct)，在iq调制器内部，上下两个子mzm结构的电信号分别为vupper＝i(t)+vdc1/2和i(t)和q(t)为输入的同相分量和正交分量两路基带信号，vdc1/2和分别为加载在两个子mzm结构上的直流偏置电压，ein(t)为输入线性调频雷达信号电场，e0是线性调频雷达信号的电场幅度，ωc是线性调频雷达信号的角频率；

结合pd-mzm的输入输出关系，iq调制器生成的载波抑制单边带光信号的函数表达为：

其中，vdc3为主mzm结构上的直流偏置电压，vπ是dp-mzm的半波电压，令两个子mzm结构均偏置在最小传输点，主mzm结构偏置在正交传输点，则上式可以化简为：

其中，β＝π/vπ，令输入dp-mzm上下两个子mzm结构的电信号相差为-90°，即式(1)及式(2)中，i(t)＝cos(ωst)，q(t)＝sin(ωst)，则

式(3)中，ωs为输入电信号的角频率，在小信号近似下，输出的光信号光谱中只含有一个一阶光边带，激光信号和另一个一阶光边带被抑制，实现了载波抑制单边带光信号的生成，即当驱动信号i(t)＝cos(ωst)及q(t)＝sin(ωst)作为输入激励时，可以将输出光信号的角频率改变为ωc+ωs。

本发明实施例提供的线性调频雷达信号生成系统及生成方法具有以下有益效果：

能够生成稳定的线性调频雷达信号，具有较高的距离分辨率，较大的功率和较小的角分辨率，优化了激光的外调制技术。

附图说明

图1为本发明实施例提供的线性调频雷达信号生成系统架构示意图；

图2为dp-mzm的归一化传输函数曲线示意图；

图3为采用本发明实施例提供的线性调频雷达信号生成系统得到的线性调频激光源的光信号时频示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。

如图1所示，本发明实施例提供的线性调频雷达信号生成系统包括连续波激光器、第一光耦合器、iq调制器、任意波形发生器及第二光耦合器，其中：

连续波激光器，用于产生激光信号并将激光信号输入第一光耦合器；

第一光耦合器，用于将激光信号耦合后输入iq调制器；

任意波形发生器，用于产生线性调频信号以驱动iq调制器；

iq调制器，用于产生载波抑制单边带光信号并将载波抑制单边带光信号输入第二光耦合器；

第二光耦合器，用于将载波抑制单边带光信号分为载波抑制单边带正一阶边带的光信号和载波抑制单边带负一阶边带的光信号，生成线性调频雷达信号。

可选地，该系统还包括：

直流电压源，用于调整输入iq调制器的电压值，驱动iq调制器工作在正交偏制点。

可选地，该系统还包括：

直流偏压控制器，用于防止iq调制器的直流偏置电压发生漂移和功率发生抖动。

本发明实施例提供的线性调频雷达信号生成系统，包括连续波激光器、第一光耦合器、iq调制器、任意波形发生器及第二光耦合器，其中，连续波激光器用于产生激光信号并将激光信号输入第一光耦合器，第一光耦合器用于将激光信号耦合后输入iq调制器，任意波形发生器用于产生线性调频信号以驱动iq调制器，iq调制器用于产生载波抑制单边带光信号并将载波抑制单边带光信号输入第二光耦合器，第二光耦合器用于将载波抑制单边带光信号分为载波抑制单边带正一阶边带的光信号和载波抑制单边带负一阶边带的光信号，生成线性调频雷达信号，能够生成稳定的线性调频雷达信号，具有较高的距离分辨率，较大的功率和较小的角分辨率，优化了激光的外调制技术。

本发明实施例提供的线性调频雷达信号生成方法包括以下步骤：

s101，利用连续波激光器产生激光信号，将激光信号输入iq调制器中，其中，激光信号的函数表达式为ein(t)＝e0exp(jωct)，在iq调制器内部，上下两个子mzm结构的电信号分别为vupper＝i(t)+vdc1/2和i(t)和q(t)为输入的同相分量和正交分量两路基带信号，vdc1/2和分别为加载在两个子mzm结构上的直流偏置电压，ein(t)为输入线性调频雷达信号电场，e0是线性调频雷达信号的电场幅度，ωc是线性调频雷达信号的角频率。

其中，dp-mzm主要由三个mzm结构组成，在主mzm的两个臂上分别有一个子mzm结构。输入dp-mzm的光信号在主mzm的y分支处分为功率相等的两路分别注入两个子mzm，被加载在两个子mzm上的调制电压强度调制，另外主mzm的其中一个臂上还有一个调制电极，可以加载直流偏置电压，对该臂上的光信号引入一个可调相移，最后两臂上经电信号调制后的光信号在主mzm的y分支处耦合输出，dp-mzm的归一化传输函数曲线如图2所示。

s102，结合pd-mzm的输入输出关系，iq调制器生成的载波抑制单边带光信号的函数表达为：

其中，vdc3为主mzm结构上的直流偏置电压，vπ是dp-mzm的半波电压，令两个子mzm结构均偏置在最小传输点(vdc1＝vπ，vdc2＝-vπ)，主mzm结构偏置在正交传输点(vdc3＝vπ/2)，则上式可以化简为：

其中，β＝π/vπ，令输入dp-mzm上下两个子mzm结构的电信号相差为-90°，即式(1)及式(2)中，i(t)＝cos(ωst)，q(t)＝sin(ωst)，则

式(3)中，ωs为输入电信号的角频率，在小信号近似下输出的光信号光谱中只含有一个一阶光边带，激光信号和另一个一阶光边带被抑制，实现了载波抑制单边带光信号的生成，即当驱动信号i(t)＝cos(ωst)及q(t)＝sin(ωst)作为输入激励时，可以将输出光信号的角频率改变为ωc+ωs。

当输入线性调频的雷达信号时，就获得了一个线性调频的激光源，得到如图3所示的线性调频激光源的光信号时频图。该线性调频激光源的光信号以t为一个时间周期，频率从增加到其中，b为调制带宽，λ为激光的波长，c为光速。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

本领域技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

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