本發(fā)明涉及光控相控陣雷達技術領域，尤其是涉及一種基于光交換的重構光控相控陣雷達接收機。

背景技術：

利用現代電子技術實現的相控陣天線，相對傳統機械掃描雷達天線，其反應速度、目標更新速率、多目標追蹤能力、分辨率、多功能性等方面的性能具有很大的優(yōu)越性。相控陣天線是通過特定的饋電方式，智能化的控制以及調整陣元的幅度和相位使波束賦形無慣性、靈活掃描，進而大幅度地提高信息獲取和更新速率等。在相控陣天線系統中，波束掃描是通過調整輻射單元之間的相位關系而形成，因此在單元之間獲得必需的相位關系所需的信號分配方式是一個關鍵。然而，相控陣天線單元的全電子控制還存在許多問題，主要在于相控陣天線由于受到孔徑渡越時間的限制，只能在相對較窄的信號帶寬下進行掃描，從而限制了其寬帶與寬角度掃描方面的性能，這嚴重制約了相控陣天線在復雜環(huán)境和高性能領域的應用。

天線多波束的形成方法有多種，如Blass方法、Buter多波束矩陣方法、全數字多波束(DBF)方法及子天線陣級方法等，對于在接收天線中常的DBF和子天線陣方法而言，全數字多波束方法的優(yōu)點是性能高，易實現連續(xù)滑動掃描，缺點是通道數多，成本高；子天線陣級方法優(yōu)點是降低復雜性、節(jié)省經費，缺點是子陣技術會引起副瓣電平抬高和工作帶寬變窄。

當今發(fā)展極其迅速的以半導體激光器、集成光學、光纖技術為核心的光子技術最有可能給微波相控陣雷達系統帶來技術突破，解決此難題。光纖作為最理想的信號傳輸媒質，具有極低的傳輸損耗(普通單模光纖的傳輸損耗為0.2dB/公里以內)、重量輕、體積小、效率高以及抗電磁輻射與各種電磁干擾能力等優(yōu)點；此外，光纖還具有極其巨大的信號帶寬能力，光纖通信傳輸系統的單路波長信號傳輸速率可以高達上百Gbit/s，借助于密集波分復用技術，一根光纖可以傳輸高達上百T bit/s容量的信號。

利用光纖與光子器件來實現雷達天線接收單元的光信號真延遲OTTD的微波光子波束形成，可以克服相控陣天線波束傾斜而帶來的工作帶寬瓶頸效應，給微波相位陣列雷達系統提供非常高的工作帶寬。在數十GHz微波頻帶范圍內，光控相位陣列可以取得幾乎平直的信號系統響應。同時光波環(huán)境下，便于實現相位與幅度的補償以及快速信號處理，有利于抑制旁瓣與實現雷達波束的快速掃描，提高系統性能；利用光纖開關以及波長路由等光子器件容易實現光控波束形成網絡的快速切換與重構，滿足光控相控陣波束的空間多波束、波束形狀捷變及子陣重組等靈活控制功能的需要。

技術實現要素：

為了解決傳統的相控陣天線的波束傾斜與工作帶寬的瓶頸效應問題，本發(fā)明提供了一種基于光交換的重構光控相控陣雷達接受機，能夠提供非常高的工作寬帶，便于實現雷達波束的快速掃描，提高系統性能。

一種基于光交換的重構光控相控陣雷達接收機，包括天線陣列、低噪聲放大器、波控計算機、激光器、第一波分復用器、光調制器、可編程光延遲線、可編程光衰減器、全光波長交換機、第二波分復用器以及光電探測器；天線陣列接收空間的雷達信號，并傳給低噪聲放大器進行雷達信號放大，光調制器將放大的雷達信號調制到經多波長陣列激光器發(fā)射且經第一波分復用器分解的多個通道光載波上，載有雷達信號的光載波經過可編程光延時線延遲調整后再經過可編程光衰減器功率調整，然后輸送到全光波長交換機進行波長交換，得到多組重構子陣，重構子陣的信號經第二波分復用器重組后輸送到光電探測器轉化為射頻信號，該射頻信號經過中頻與基帶解調完成雷達信號接收；波控計算機控制可編程光延遲線、可編程光衰減器、全光波長交換機。

所述激光器為多波長陣列激光器，輸出波長為光纖通信C波段的ITU波長，用于提供多個光載射頻傳輸通道的光載波。

所述第一波分復用器用于將所述多波長陣列激光器的輸出分解為若干個通道，每個通道僅包含一個ITU波長。

所述光調制器為馬赫增德爾強度調制器或電吸收調制器，用于將天線接收到的雷達信號調制到每個通道的光載波上。

所述可編程光延遲線是由若干2進2出的數控光開關與若干光延遲線組成的二元光纖延遲線器件，每個通道連接一個所述可編程光延遲線器件，用于對不同通道之間的相對延時進行調整。

所述可編程光衰減器用于調節(jié)每個通道光信號的強度，結合所述可編程光延遲線共同調節(jié)每個通道的衰減和相位，實現波束賦形。

所述全光波長交換機為N進N出的全光波長交換矩陣。將N個輸入通道按照波長分為m組，每組構成一個輸入子陣。N個輸出通道也被分為m個輸出子陣，每個輸出子陣包含的波長與波長數量與每個輸入子陣包含的波長與波長數量相同，但每個輸出子陣的波長可以通過全光波長交換機從所有輸入子陣的所有波長中選擇。所述輸入子陣的每個通道與每個天線的物理位置一一對應，稱為物理子陣，每個輸出子陣對應的天線位置根據光交換的結果確定，稱為重構子陣；全光波長交換機將物理子陣按照全光波長交換矩陣轉換為重構子陣，每個重構子陣的光載波由所述第二波分復用器合路后輸出。

所述光電探測器將每個重構子陣輸出的光信號轉換為射頻信號輸出。

所述波控計算機同時控制可編程光延遲線、可編程光衰減器以及全光波長交換機，以實現光控相控陣波束的控制與重構。

所述激光器、第一波分復用器、光調制器、可編程光延遲線、可編程光衰減器、第二波分復用器、光電探測器、低噪聲放大器的數目根據子陣的數目與天線陣列的數量確定，其中光調制器、可編程光延遲線、可編程光衰減器、低噪聲放大器的數目與天線陣列的數量相等；激光器、第一波分復用器、第二波分復用器的數目與子陣的數目相等。

所述一種基于光交換的重構光控相控陣雷達接收機，其實現子陣的動態(tài)重構的方法為：將每個天線接收到的射頻信號分別調制到每個ITU波長上，以平方數個ITU波長為一組排列成一個物理子陣，在一個大的陣面空間上不斷按照所述的物理子陣重排ITU波長。將所有物理子陣輸入全光波長交換機，經處理后輸出多組重構子陣，輸出的每組重構子陣的波長與波長數目等于交換前物理子陣的波長與波長數目，只是其對應的物理空間發(fā)生了變化，從而實現子陣的動態(tài)重構。

這種基于波分復用光延時線方法的聯合波控多波束結構的優(yōu)勢在于：

(1)光電融合的波控方法，可以有效降低傳統電子相控陣的波束傾斜與工作帶寬的瓶頸效應，相對于所有基元光控的全光相控陣，成本比較低，實現效果比較好，具有很大地實用的前景；

(2)基于光波長分配重排以及光矩陣開關交換的多波束動態(tài)重構組陣與波控制方法，降低孔徑渡越時間的限制，可以實現全空域的多目標波束形成與連續(xù)跟蹤；

(3)充分利用光波分復用以及全光交換，網絡結構靈活，組網成本低；

(4)每個光傳輸波長支路具有光功率幅度調節(jié)控制，可以實現波束合成的支路幅度加權，具有抑制旁瓣效果以及具備信號處理功能。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結構示意框圖；

圖2為本發(fā)明的原理示意圖；

圖3為物理子陣中所用的激光波長按空間相鄰關系進行重排的示意圖。

具體實施方式

為了更為具體地描述本發(fā)明，下面結合附圖及具體實施方式對本發(fā)明的技術方案進行詳細說明。

如圖1所示，基于光交換的重構光控相控陣雷達接收機，包括多波長陣列激光器、第一波分復用器、光調制器、可編程光延遲線、可編程光衰減器、全光波長交換機、第二波分復用器、光電探測器、天線陣列、低噪聲放大器以及波控計算機；其中多波長陣列激光器、第一波分復用器、光調制器、可編程光延遲線、可編程光衰減器、全光波長交換機、第二波分復用器以及光電探測器組成光載射頻鏈路；天線陣列接收空間的雷達信號，并傳給低噪聲放大器進行雷達信號放大，光調制器將放大的雷達信號調制到經多波長陣列激光器發(fā)射且經第一波分復用器分解的多個通道光載波上，接下來信號經過可編程光延時線延遲調整后再經過可編程光衰減器功率調整，然后輸送到全光波長交換機進行波長交換，得到多組重構子陣，重構子陣的信號經第二波分復用器重組后輸送到光電探測器轉化為射頻信號，該射頻信號經過中頻與基帶解調完成雷達信號接收；波控計算機控制可編程光延遲線、可編程光衰減器、全光波長交換機，實現光控相控陣雷達種的真延時與子陣動態(tài)重構。

固定子陣結構或靜態(tài)子陣結構的相控陣天線有很大的局限性，一方面對于波束掃描角度來說，考慮到實際應用時需要空間掃描盡可能大，每個子陣的掃描角勢必需設計得足夠大，這樣大大增加了孔徑效應，引起相控陣波束的傾斜以及工作帶寬的降低；另一方面，對于多目標或多波束應用來說，由于目標的移動往往可能超出了某一子陣的物理角度范圍，對于球形共面天線陣來說需要其他子陣來進行后續(xù)的跟蹤控制，這涉及復雜的多波束管理控制、子陣切換觸發(fā)與任務調度等問題。在實際對多目標跟蹤的多波束天線應用中，如在全空域范圍內采用特定的波束實現對固定目標的連續(xù)跟蹤無疑是最簡單有效的方案。因而子陣的動態(tài)重構，對于實現全空域的波束跟蹤與控制是一個關鍵。

如圖2所示，本發(fā)明一個實施例的方法如下：

36個天線基元按空間相鄰區(qū)域分組到同一個物理子陣內，同一個物理子陣中每個天線基元的接收信號由電光調制器調制到不同波長的光載波上。不同物理子陣之間采用相同的一組光波長作為載波，將這組波長按6行6列的正方形規(guī)律重復編排，其編排方法如圖3所示。

波控計算機控制每個通道的多字節(jié)可編程光延時線，通過快速切換光延時線中的光開關，使光延時線輸入輸出端接入不同長度的光纖，從而對不同通道的微波信號之間的相位進行調整；每個波長通道中設有光功率的控制，通過控制可編程光衰減器的衰減量實現對應通道內傳輸的微波信號的幅度加權，在子陣波束控制系統統一協調與控制下，起到抑制旁瓣、減小波束寬度等信號處理的作用。

經過幅度與相位加權的微波信號輸送到全光波長交換機進行波長交換。根據全光波長交換矩陣的交換特性，任意物理端口輸入可以無阻塞地嚴格意義上交換到任意的輸出端口。所有物理子陣經延時與幅度控制后可以按波長特性交換到另一端的重構子陣，并按固定波長排列輸出；例如在光開關矩陣的輸出端口，讓每36路輸出對應于固定ITU波長順序編排的輸出，通過波長合路器合路后再經光電轉換形成重構子陣，其每個重構子陣對應于特定的形成波束。這樣，可以實現重構子陣對應非固定的物理子陣。每個重構子陣根據矩陣交換的控制實現其作用的物理陣的重組以及在整個天線陣列空間上的物理陣等效連續(xù)運動，如圖3所示，矩陣開關切換之前，重構子陣對應實線框內的物理子陣，矩陣開關切換之后，重構子陣對應虛線框內的物理子陣。這種矩陣開關交換的方式，很容易實現全空域的掃描，對于多目標跟蹤，可以分配按目標分配相應的重構子陣。利用光波分復用的波長分配基元組的波束控制的一個優(yōu)勢是波長可以物理空間上重用。

另外，多個重構子陣也可以協同工作或聯合工作形成組合波束，實現復雜功能的測控跟蹤。這種多波束動態(tài)重構子陣控制方法可以實現全空域的多目標波束形成與連續(xù)跟蹤，大大降低孔徑渡越時間的限制，提高相控陣天線工作帶寬與掃描角度范圍。

上述的對實施例的描述是為便于本技術領域的普通技術人員能理解和應用本發(fā)明。熟悉本領域技術的人員顯然可以容易地對上述實施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應用到其他實施例中而不必經過創(chuàng)造性的勞動。因此，本發(fā)明不限于上述實施例，本領域技術人員根據本發(fā)明的揭示，對于本發(fā)明做出的改進和修改都應該在本發(fā)明的保護范圍之內。