多波束微波光子相控阵雷达探测方法和系统与流程

本技术涉及雷达探测，特别是涉及一种多波束微波光子相控阵雷达探测方法和系统。

背景技术：

1、相对机械结构控制天线指向实现雷达波束扫描，相控阵雷达通过调整辐射单元之间的相位关系来实现天线波束扫描，具有波束扫描速度敏捷、精度高等优势。然而用电子器件实现相控阵天线单元的全电子控制系统存在较多问题，例如，电控移相器本身复杂性高、损耗大（尤其在毫米波段）。其次，电控相控阵是通过控制信号的相位来延迟信号，导致不同频率的信号存在不同的时间延时，从而导致电控相控阵系统在宽带信号工作状态时存在波束指向偏斜的问题，限制电控相控阵雷达的宽带探测能力，直接影响雷达对目标成像、分辨、识别能力。近年来，微波光子技术(参见[j. yao, "microwave photonics," journalof lightwave technology, vol. 27, no.3, pp. 314-335, 2009.])被广泛应用于雷达、通信及电子战系统中，通过光子技术解决传统电子技术瓶颈问题。例如，基于光子技术大带宽的优势，通过在光域对宽带信号进行真时延即可解决电控相控阵波束倾斜问题，可实现相控阵雷达的宽带宽角扫描，同时，结合微波光子技术，可充分利用光子真延时低损耗、大带宽、抗电磁干扰等优势，推动相控阵雷达发展；且随着现代雷达技术的发展和应用推广，多波束技术体制雷达越来越受到重视。多波束形成技术，可以充分发挥现代雷达的多功能、多模式以及多目标探测等优势(参见[ginsburg b p,subburaj k ,samala s,et al. amultimode 76-to-81 ghz automotive radar transceiver with autonomousmonitoring[c]ieee,2018:158-160. ])。目前实现接收同时多波束技术已较为成熟，而雷达发射多波束技术则更为复杂，要实现架构简单、性能优越和灵活可控的雷达发射多波束，不仅需要与其匹配的雷达系统技术体制，还需要电子信息、微电子和材料等诸多相关学科的技术支撑，目前的多波束雷达往往需要分立的系统实现多波束的同时发射与接收。

2、因此，相关技术中亟需一种能够实现多目标探测的多波束微波光子相控阵雷达探测方法。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够实现多目标探测的多波束微波光子相控阵雷达探测方法和系统。

2、第一方面，本技术提供了一种多波束微波光子相控阵雷达探测方法。所述方法包括：

3、利用n个可调谐激光器中的任意一个可调谐激光器产生单频光载波信号；

4、将所述单频光载波信号分为两路，一路作为接受光载波信号通过功分器分为m路，并分别送入m个发射/接收单元；另一路作为发射载波光信号送入电光调制器，经线性调频雷达信号调制得到调制光信号；

5、将所述调制光信号分为两路，一路作为参考光信号送入相干接收模块，另一路通过主光环形器送入第一1×m功分器，所述第一1×m功分器将所述调制光信号分为m路子调制光信号，并分别送入光延时阵列的m根延时光纤，所述m路子调制光信号延时后得到m路发射光信号并分别送入所述发射/接收阵列的m个发射/接收单元中，所述m路发射光信号经光电转换和放大后得到m个雷达发射信号，通过m个天线发射到目标空间中，m个雷达发射信号在所述目标空间中发生干涉，得到指向1方向的天线波束；

6、目标回波信号经所述m个天线接收并放大后分别送入m个发射/接收单元中，并对m个接收载波光信号进行调制得到m个雷达接收光信号，m个雷达接收光信号通过m个子光环形器分别送入光延时阵列中的m根延时光纤实现延时，延时后的m个雷达接收光信号通过所述第一1×m功分器合为一路干涉雷达接收光信号，并通过所述主光环形器送入相干接收模块实现相干接收，得到包含目标信息的中频信号，通过信号采集与处理模块对所述中频信号进行处理，可得到所述1方向上目标空间内的p个探测目标信息；

7、控制模块接收所述p个探测目标信息并打开p个可调谐激光器，在目标空间中得到p个天线波束，并根据p个探测目标的空间方位信息改变对应可调谐激光器波长，使得p个波束分别指向p个探测目标，完成多目标跟踪探测。

8、在其中的一个实施例中，所述电光调制器包括下述中的至少一种：马赫曾德尔调制器、双平行马赫曾德尔调制器、电吸收调制器。

9、在其中的一个实施例中，所述光延时阵列中m根延时光纤的长度为lt，其中第m根延时光纤由长度为(m-1)lhd的高色散光纤与长度为lt-(m-1)lhd的低色散光纤组成，所述lhd为所述高色散光纤组成单元的长度。

10、在其中的一个实施例中，所述根据p个探测目标的空间方位信息改变对应可调谐激光器波长，包括：在光载波信号的波长从变为的情况下，送入第m根延时光纤的子调制光信号相对送入第m-1根延时光纤的子调制光信号经历的延时差为，即m个雷达发射电信号相邻信号彼此延时差为，其中所述dhd与所述dld分别为高色散光纤与低色散光纤的色散系数；根据相控阵理论模型中雷达发射电信号相邻信号彼此延时差为与雷达波束角度的关系式确定雷达波束扫描角度实现雷达波束扫描，其中所述d为相邻发射/接收单元中天线的间距，所述c为电磁波在大气中的速度。

11、在其中的一个实施例中，所述控制模块在获取所述目标空间内的p个探测目标信息后，打开p个可调谐激光器并调节对应可调谐激光器的波长，使得p个天线波束分别指向p个探测目标，其中所述p小于等于所述可调谐激光器的数量n。

12、在其中的一个实施例中，所述m个雷达接收光信号通过m个子光环形器分别送入光延时阵列中的m根延时光纤实现延时，包括：m个雷达接收光信号中两两相邻雷达接收光信号之间的延时差相同，返回到光延时阵列对应延时光纤中实现延时补偿后，得到m个时间对齐的延时雷达接收光信号。

13、第二方面，本技术还提供了一种多波束微波光子相控阵雷达探测系统。所述系统包括：

14、n个可调谐激光器，用于产生波长可调谐的光载波信号；

15、n×1合路器，用于将n个可调谐激光器产生的光载波信号合为一路复合光信号；

16、第一光耦合器，用于将所述复合光信号分为两路，一路作为接收载波光信号送入第二1×m功分器，另一路作为发射载波光信号送入电光调制器；

17、射频信号源，用于产生线性调频雷达信号；

18、所述电光调制器，用于将线性调频雷达信号调制到发射载波光信号上得到调制光信号；

19、第二光耦合器，用于将调制光信号分为两路，一路作为参考光信号送入相干接收模块，另一路送入主光环形器的端口1；

20、主光环形器，为三端口光器件，用于将经端口1输入的调制光信号从端口2输出，并送入第一1×m功分器的光输入端；将经端口2输入的第一1×m功分器返回的干涉雷达接收光信号从端口3输出，并送入相干接收模块；

21、第一1×m功分器，首先用于将调制光信号分为m路子调制光信号并分别送入光延时阵列的m根延时光纤中；其次用于将延时后的m个雷达接收光信号合为一路干涉雷达接收光信号，并将干涉雷达接收光信号返回给主光环形器的端口2；

22、光延时阵列，由m根延时光纤组成，首先用于对m路子调制光信号分别实现不同延时，将延时后的m路子调制光信号分别送入发射/接收阵列的m个发射/接收单元中；其次用于对发射/接收阵列返回的m个雷达接收光信号分别实现不同延时，得到m个延时雷达接收光信号，并将m个延时雷达接收光信号分别送入第一1×m功分器的m个光端口；

23、所述第二1×m功分器，首先用于将接收载波光信号分为m路子接收载波光信号，并分别送入m个发射/接收阵列；

24、发射/接收阵列，用于将延时后的m路子调制光信号转换为雷达发射信号进行发射，并基于光子接收技术对雷达回波信号进行接收，得到m个雷达接收光信号，并将m个雷达接收光信号分别返回到光延时阵列的m根延时光纤中；

25、相干接收模块，用于将干涉雷达接收光信号和参考光信号实现相干接收，得到携带目标信息的中频电信号；

26、信号采集与处理模块，用于对所述中频信号进行数据采集及雷达数字信号处理，提取出探测目标信息；

27、控制模块，用于控制n个可调谐激光器的开关与调节可调谐激光器波长。

28、在其中的一个实施例中，所述发射/接收阵列由m个发射/接收单元组成，每个所述发射/接收单元具有相同的结构，所述发射/接收单元的结构具体包括：

29、子光环形器，用于将经端口2输入的一路延时子调制光信号通过端口3送入光电探测器，并将经端口1输入的对应雷达接收光信号通过端口2送入光延时阵列的相应延时光纤中；所述子光环形器为三端口光器件；

30、光电探测器，用于对延时子调制光信号进行光电转换得到雷达探测信号；

31、功率放大器，用于将光电探测器输出的雷达探测信号进行放大；

32、电环形器，用于将功率放大器放大的雷达探测信号送入天线发射，并将天线接收的雷达回波信号送入低噪声放大器；所述电环形器为三端口电器件；

33、天线，用于将放大的雷达探测信号进行发射，并接收目标发射信号，得到雷达回波信号；

34、低噪声放大器，用于对天线接收的雷达回波信号进行低噪声放大；

35、子电光调制器，用于将低噪声放大后的雷达回波信号调制到子接收光载波信号上，得到雷达接收光信号。

36、在其中的一个实施例中，所述电光调制器以及所述子电光调制器包括下述中的至少一种：马赫曾德尔调制器、双平行马赫曾德尔调制器、电吸收调制器。

37、在其中的一个实施例中，所述光延时阵列中m根延时光纤长度为lt，其中第m根延时光纤由长度为(m-1)lhd的高色散光纤与长度为lt-(m-1)lhd的低色散光纤组成，其中lhd为高色散光纤组成单元的长度；所述控制模块可以控制n个可调谐激光器的开关且可以调节可调谐激光器的波长，在通过单波束获得目标空间中p个探测目标的信息后，通过控制模块打开p个可调谐激光器并调节其波长，使得p个波束分别指向p个目标，其中p小于等于激光器数量n。

38、上述多目标探测的多波束微波光子相控阵雷达探测方法和系统，通过调节单个激光光源波长，基于微波光子辅助光延时阵列与发射/接收阵列实现雷达单波束扫描，得到目标回波信号；通过复用基于微波光子辅助发射/接收阵列与光延时阵列实现目标回波信号接收，得到雷达接收光信号；雷达光信号与参考光信号实现相干探测得到目标信息，目标信息送入控制模块，控制模块根据目标信息控制其它多个激光光源的通断及波长调节，从而产生并控制雷达多波束对准多个目标，并通过相干探测得到的实时目标信息反馈给控制模块，实现多波束对多个目标的探测与追踪。本发明还公开了一种多波束微波光子相控阵雷达探测系统，基于多波束相控阵技术及相干接收技术，可同时实现多目标的探测追踪，系统响应速度快，探测精度高。

39、本技术的一个或多个实施例的细节在以下附图和描述中提出，以使本技术的其他特征、目的和优点更加简明易懂。