一種基于光子技術的多普勒頻移檢測方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于光子技術實現多普勒頻移測量的方法及裝置。連續(xù)的激光光源經耦合器分成兩支路，一路首先進入到載波抑制型單邊帶調制模塊中被發(fā)射的微波/毫米波信號調制，產生的單個光邊帶進入到電光調制器中被反射回的、含有多普勒頻移信息的微波/毫米波信號調制；第二路進入到聲光調制器中產生一定的光學頻移；所述的兩路輸出合并后進入到低速光電探測器，拍頻產生低頻射頻信號；通過對產生的射頻信號進行頻譜分析，即可得到多普勒頻移量及方向。該發(fā)明基于光子學技術，結構簡單，整個測量過程與待測微波/毫米波信號載波頻率無關，能夠在寬頻段范圍內實施多普勒頻移測量。
【專利說明】一種基于光子技術的多普勒頻移檢測方法及裝置

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及微波檢測、微波光子學、雷達領域，尤其是光子學多普勒頻移檢測技 術。

【背景技術】
[0002] 多普勒頻移產生于波源與觀測者的相對運動，在無線通信、天文測量，醫(yī)學成 像、電子戰(zhàn)以及雷達等領域具有重要應用。在這些應用中，關鍵是能夠定量、精確地得 到多普勒頻移。然而，目前多普勒頻移的估計和分析正面臨著一系列挑戰(zhàn)。一方面， 為了精確地探測到低速運動物體，迫切需要具有良好分辨率的多普勒頻移方案和裝 置；另一方面，隨著雷達技術和新一代通信技術頻段向毫米波段發(fā)展，整個通信頻段幾 乎跨越了 0?300GHz的范圍，這就要求多普勒頻移檢測過程與信號頻段無關，能在寬 頻帶范圍內執(zhí)行。此時，電子學方法雖然能夠檢測和分析多普勒頻移（V.C. Chen，and S. Qian, "Joint time-frequency transform for radar range-Doppler imaging,，'IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems,vol.34,no.2, pp. 486-499 ,1998 ；R. M. Narayanan, and M.Dawood, "Doppler estimation using a coherent ultrawide-band random noise radar,，' IEEE Transactions on Antennas and Propaga tion, vol. 48, no. 6, pp. 868-878, 2000 ；V. C. Chen, F. Li, and H. ffechsler, ^Micro-Doppler effect in radar:phenomenon, model, and simulation study, "IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems,vol.42,no. 1, pp. 2-21, 2006 ；A. Amar, and A. J. Weiss, ^Localization of narrowband radio emitters based on Doppler frequency shifts,，'IEEE Transactions on Signal Processing, vol. 56, no. 11, pp. 5500-5508, 2008 .)，但是受限于"電子瓶頸"和瞬時帶寬，已經難以滿足在寬頻段范圍微波信號檢測與參數 提取，以及動態(tài)重構和調諧。
[0003] 隨著光子學技術的發(fā)展，光子型微波信號檢測方案成為研究熱點，諸如微波信號 頻率測量（Μ· V. Drummond, P. Monteiro and R. N. Nogueira, "Photonic RF instantaneous frequency measurement by means of a polarization-domain interferometer, ''Optics Express，vol.l7，no. 7，pp. 5433-5438,2009.)和到達角度測量仏2〇11，12.1^，1 Pan, B. Luo, L. S. Yan, and J. Yao, "Photonic approach to the measurement of time-difference-〇f-arrival and angle-〇f-arrival of a microwave signal,，'Optics Letter, vol. 37, no. 4, pp. 755-757, 2012.) 〇
[0004] 需要指出的是，上述的光子學檢測方案主要針對微波信號的頻率、到達角參數測 量，而光子型多普勒頻移測量方法及技術幾乎沒有報道。為了在寬頻段范圍內檢測多普勒 頻移，本發(fā)明公布了一種新穎的光子型多普勒頻移測量方法及裝置，充分利用光子技術的 大帶寬特性檢測微波、毫米波信號的多普勒頻移。


【發(fā)明內容】

[0005] 鑒于光子學技術在處理微波/毫米波信號的大帶寬和寬頻段優(yōu)勢，本發(fā)明旨在提 供一種光子技術型測量和分析多普勒頻移方法，從而在寬頻段范圍內靈活地、實時地測量 和分析多普勒頻移。
[0006] 本發(fā)明的目的通過如下手段來實現。
[0007] 基于光子技術的多普勒頻移檢測方法，包含由連續(xù)光源、載波抑制型單邊帶調制 模塊、電光調制器、聲光調制器、低速光電探測器組成。包含如下的處理步驟：連續(xù)激光源經 耦合器分成兩路；一路光載波首先進入到載波抑制型單邊帶模塊中被發(fā)射的微波/毫米波 信號調制，產生的光單邊帶信號進入到電光調制中被反射回來的、含有多普勒頻移信息的 微波/毫米波信號調制；另一路光載波經聲光調制器實現給定的頻移量f s ;該頻移量可以 根據實際需求、設備參數靈活選取一個非零的正數值，比如在幾十Hz到幾百MHz之間、甚至 可以選取到GHz以上。兩支路的輸出經耦合器合并進入到低速光電探測器中，拍頻產生低 頻射頻信號；通過分析得到的低頻射頻信號頻譜，得到多普勒頻移量及方向。
[0008] 采用本發(fā)明的方法，在于整個測量過程與待檢測微波/毫米波信號的載波頻率無 關，直接分析產生的低頻射頻信號頻譜就可得到多普勒頻移量及方向，在寬頻段范圍內實 現了高精度的多普勒頻移檢測。
[0009] 本發(fā)明的目的還在于為以上方法的實施提供核心裝置。
[0010] 基于光子技術的多普勒頻移檢測裝置，由連續(xù)激光源1〇、第一光耦合器20和第二 光耦合器21、光載波抑制型單邊帶調制模塊30、電光調制器40、聲光調制器50、低速光探測 器60構成；從激光光源10出發(fā)，其輸出光經耦合器20分成兩支路，上支路進入載波抑制型 單邊帶調制模塊30,該模塊由第一電光調制器301和帶通濾波器302順序連接而成；發(fā)射 的微波/毫米波信號，頻率為f m，在第一電光調制器301中對該路光載波進行外調制，然后 經帶通濾波器302濾波后僅得到單個一階光邊帶，此單個一階光邊帶作為光載波進入到第 二電光調制器40被反射回來的微波/毫米波回波信號，頻率為

【權利要求】
1. 一種基于光子技術的多普勒頻移檢測方法，在由連續(xù)激光源（10)、第一光耦合器 (20)和第二光耦合器（21)、光載波抑制型單邊帶調制模塊（30)、第二電光調制器（40)、聲 光調制器（50)、低速光探測器￠0)構成的裝置平臺上；從激光光源（10)出發(fā)，輸出光經耦 合器（20)分成兩支路，上支路進入載波抑制型單邊帶調制模塊（30)，該模塊由一個電光調 制器（301)和一個帶通濾波器（302)順序連接而成；發(fā)射的微波/毫米波信號，頻率為fm， 在電光調制器301中對該路光載波進行外調制，然后經帶通濾波器（302)濾波后僅得到單 個一階光邊帶，此單個一階光邊帶作為光載波進入到電光調制器（40)被反射回來的微波/ 毫米波回波信號調制，頻率為
；下支路光載波進入到聲光調制器（50)中，使光源頻 率發(fā)生fs偏移，此時光波頻率為f；+fs ;兩路輸出經耦合器21合并進入到低速的光電探測 器60中，拍頻后對得到的射頻信號頻譜進行分析得到多普勒頻移量及方向；包含如下的處 理步驟：連續(xù)激光源輸出的光載波經耦合器分成兩支路：一路光載波首先進入到載波抑制 型單邊帶調制模塊中被發(fā)射的微波/毫米波信號調制，產生的單個光邊帶進入到電光調制 器中被反射回來的、含多普勒頻移信息的微波/毫米波信號調制；另一路光載波經聲光調 制器實現一定的光學頻移fs ;所述兩支路的輸出合并后進入到低速的光電探測器中，拍頻 產生低頻射頻信號；通過分析得到的低頻射頻信號頻譜，獲得多普勒頻移量及方向。
2. 根據權利要求1所述之基于光子技術的多普勒頻移檢測方法，所述多普勒頻移的 獲得過程如下：在設定的光學頻移量fs下，分析產生的低頻射頻信號的頻譜得到其頻率為Af;當Af>fs，判斷出多普勒頻移方向為波源與觀測者相向運動或靠近，推算出多普勒 頻移值為
；當Af<fs，判斷出多普勒頻移方向為波源與觀測者反向運動或遠 離，推算出多普勒頻移值為
3. 實現權利要求或1或2方法的基于光子技術的多普勒頻移檢測裝置，其特征在于，由 連續(xù)激光源（10)、第一光耦合器（20)和第二光耦合器（21)、光載波抑制型單邊帶調制模塊 (30)、電光調制器（40)、聲光調制器（50)、低速光探測器（60)構成；從激光光源（10)出發(fā)， 其輸出光經耦合器（20)分成兩支路，上支路進入載波抑制型單邊帶調制模塊30,該模塊由 第一電光調制器301和帶通濾波器（302)順序連接而成；發(fā)射的微波/毫米波信號，頻率為 fm，在第一電光調制器（301)中對該路光載波進行外調制，然后經帶通濾波器（302)濾波后 僅得到單個一階光邊帶，此單個一階光邊帶作為光載波進入到第二電光調制器（40)被反 射回來的微波/毫米波回波信號，頻率為
，調制；下支路光載波進入到聲光調制器 (50)中，使光源頻率發(fā)生fs偏移，此時光波頻率為fJfs ;兩路輸出經耦合器（21)合并進入 到低速的光電探測器￠0)中，拍頻后對得到的射頻信號頻譜進行分析得到多普勒頻移量 及方向。
4. 根據權利要求3所述之頻移檢測裝置，其特征在于，所述第一電光調制器（301)和第 二電光調制器（40)可為強度調制器或相位調制器。
【文檔編號】H04B7/01GK104243067SQ201410456672
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月10日 優(yōu)先權日:2014年9月10日
【發(fā)明者】盧冰, 鄒喜華, 潘煒, 李沛軒 申請人:西南交通大學