本發(fā)明屬于微波光子，涉及一種微波光子瞬時(shí)測(cè)頻裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、隨著雷達(dá)等領(lǐng)域的不斷發(fā)展，對(duì)超寬帶射頻信號(hào)收發(fā)和處理能力的不斷提升，其工作帶寬不斷擴(kuò)大，基于傳統(tǒng)微波器件的微波頻率測(cè)量系統(tǒng)在工作帶寬上受到了嚴(yán)重的限制，同時(shí)微波頻率測(cè)量系統(tǒng)存在設(shè)備量、體積和功耗龐大，成本高昂的問題。而微波光子技術(shù)由于不受電磁干擾的影響，在體積、重量和能耗方面相較于微波器件存在明顯的優(yōu)勢(shì)，特別是在超寬帶方面的信號(hào)處理能力優(yōu)秀，使其在頻率測(cè)量領(lǐng)域也得到了廣泛的關(guān)注和應(yīng)用。

2、微波光子技術(shù)是一門將微波信號(hào)變換到光學(xué)域中，通過光學(xué)的方法實(shí)現(xiàn)信號(hào)控制、處理等過程的交叉融合性技術(shù)，微波光子系統(tǒng)利用光纖實(shí)現(xiàn)信號(hào)的分發(fā)、傳輸和處理，具有帶寬大、重量輕、抗干擾、低成本等優(yōu)點(diǎn)。光載無線系統(tǒng)將傳統(tǒng)的無線通信與光通信結(jié)合在一起，使其同時(shí)具備兩種通信技術(shù)優(yōu)勢(shì)，有效解決了高頻微波信號(hào)遠(yuǎn)距離傳輸問題。目前基于微波光子技術(shù)的射頻信號(hào)頻率測(cè)量技術(shù)主要基于以下四種方法：頻率強(qiáng)度映射法、頻率時(shí)間映射法、掃頻接收法以及信道化接收方法，上述方法往往都存在系統(tǒng)較復(fù)雜的問題，同時(shí)還需要結(jié)合電子設(shè)備進(jìn)行掃頻或者低頻采集處理，導(dǎo)致系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及系統(tǒng)的設(shè)備量和功耗很難減少。如申請(qǐng)公開號(hào)為cn113391136a的發(fā)明專利公開了一種基于固定低頻檢測(cè)的微波光子頻率測(cè)量裝置及方法，采用抑制載波雙邊帶調(diào)制信號(hào)分別通過色散介質(zhì)和微小移頻量的移頻器，通過探測(cè)色散光信號(hào)與移頻光信號(hào)的外差拍頻，只需檢測(cè)固定低頻頻率成分信號(hào)，即可實(shí)現(xiàn)高頻微波信號(hào)頻率通過色散介質(zhì)產(chǎn)生的功率衰弱傳輸函數(shù)的測(cè)量，然而該方法對(duì)于待測(cè)射頻信號(hào)的采集與數(shù)據(jù)處理的要求更高。因此，提出一種能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)超寬帶快速響應(yīng)和低功耗的微波信號(hào)頻率測(cè)量裝置尤為重要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的技術(shù)方案用于解決現(xiàn)有技術(shù)下測(cè)量超寬帶射頻信號(hào)的頻率難以滿足超寬帶快速響應(yīng)和低功耗的需求。

2、本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問題的：

3、一種微波光子瞬時(shí)測(cè)頻裝置，包括依次連接的激光器、調(diào)制器、光濾波器、光放大器、一分多光分束器、多路光通道、光探測(cè)器陣列和信號(hào)采集模塊；所述光通道包括光衰減器、一分二光分束器、光延時(shí)和二合一光合束器；所述光衰減器的輸入端與一分多光分束器的輸出端連接，光衰減器的輸出端與一分二光分束器的輸入端連接；所述一分二光分束器的第一輸出端通過光延時(shí)與光合束器的第一輸入端連接，形成第一光路，所述一分二光分束器的第二輸出端與光合束器的第二輸入端連接，形成第二光路，第一光路與第二光路存在光延時(shí)差；所述光合束器的輸出端與光探測(cè)器陣列的輸入端連接；多路所述光通道的光延時(shí)差依次遞增。

4、進(jìn)一步地，所述激光器輸出的激光信號(hào)作為光載波信號(hào)，調(diào)制器將被測(cè)射頻信號(hào)調(diào)制在光載波信號(hào)上，調(diào)制后的光信號(hào)包含兩個(gè)光邊帶的頻率分量。

5、進(jìn)一步地，所述調(diào)制器工作狀態(tài)為雙邊帶調(diào)制或載波抑制調(diào)制。

6、進(jìn)一步地，所述光濾波器為上邊帶濾波器或下邊帶濾波器。

7、進(jìn)一步地，所述一分多光分束器將光信號(hào)分成等功率的多路光信號(hào)，各路光通道上經(jīng)過光衰減器對(duì)光信號(hào)進(jìn)行衰減控制。

8、進(jìn)一步地，所述一分二光分束器將經(jīng)過光衰減器的光信號(hào)分成功率完全相等的兩路光信號(hào)，光信號(hào)分別經(jīng)過第一光路和第二光路延時(shí)傳輸，產(chǎn)生固定的光延時(shí)差和光相位差，再經(jīng)過二合一光合束器合成一路輸出。

9、進(jìn)一步地，所述二合一光合束器輸出的光功率與光信號(hào)平均功率比較，根據(jù)輸出光功率的大小判斷對(duì)應(yīng)光邊帶的波長位置區(qū)間，再根據(jù)光邊帶波長與頻率的對(duì)應(yīng)關(guān)系得到待測(cè)射頻信號(hào)范圍。

10、進(jìn)一步地，多路所述光通道的光延時(shí)差依次遞增，相鄰光通道的延時(shí)差呈2倍關(guān)系增加，光延時(shí)差越大，對(duì)應(yīng)光通道內(nèi)干涉輸出信號(hào)強(qiáng)度的反射條紋周期越小，光延時(shí)差最大的光通道決定了系統(tǒng)頻率測(cè)量的精度，逐級(jí)定位被測(cè)射頻信號(hào)的頻率區(qū)間，獲得一定精度內(nèi)的頻率值。

11、進(jìn)一步地，多路光通道輸出的光信號(hào)經(jīng)過光探測(cè)器陣列進(jìn)行探測(cè)，光探測(cè)器陣列輸出的直流電信號(hào)送入信號(hào)采集模塊，根據(jù)各路光通道對(duì)應(yīng)輸出的電信號(hào)大小可判定光邊帶的波長位置，從而得到被測(cè)射頻信號(hào)的頻率。

12、本發(fā)明還提供一種微波光子瞬時(shí)測(cè)頻方法，包括以下步驟：

13、s100、激光器輸出的激光信號(hào)作為光載波信號(hào)輸入到調(diào)制器，頻率為f0，被測(cè)射頻信號(hào)頻率為frf，調(diào)制器將被測(cè)射頻信號(hào)調(diào)制在光載波信號(hào)上，調(diào)制后的光信號(hào)包含兩個(gè)光邊帶的頻率f0±frf；

14、s200、光濾波器對(duì)調(diào)制后的光信號(hào)進(jìn)行濾波，濾波后的光信號(hào)僅能使單個(gè)光邊帶通過；

15、s300、濾波后的光信號(hào)經(jīng)過光放大器放大后，通過一分多光分束器將光信號(hào)分成等功率的多路光信號(hào)，各路光通道上經(jīng)過光衰減器對(duì)光信號(hào)進(jìn)行衰減控制；

16、s400、一分二光分束器將光信號(hào)分成功率完全相等的兩路光信號(hào)，光信號(hào)分別經(jīng)過第一光路和第二光路延時(shí)傳輸，產(chǎn)生固定的光延時(shí)差τ和光相位差φ1，再經(jīng)過二合一光合束器合成一路輸出光功率i1；上邊帶的波長產(chǎn)生的光相位差φ1具體為：

17、φ1＝2π(f0+frf)τ

18、二合一光合束器輸出光功率i1具體為：

19、i1＝i+icos(φ1)＝i+icos[2π(f0+frf)τ]

20、式中，i為平均功率，與第一光路以及第二光路的功率相同。

21、s500、將二合一光合束器輸出的光功率與光信號(hào)平均功率比較，若k為整數(shù)，則二合一光合束器輸出的光功率大于光信號(hào)平均功率i，否則其二合一光合束器輸出的光功率小于光信號(hào)平均功率；從而可以根據(jù)輸出光功率的大小判斷對(duì)應(yīng)光邊帶的波長位置區(qū)間，再根據(jù)光邊帶波長與頻率的對(duì)應(yīng)關(guān)系得到待測(cè)射頻信號(hào)頻率frf具體為：

22、

23、所述待測(cè)射頻信號(hào)頻率的區(qū)間長度fbw1具體為：

24、

25、s600、分別計(jì)算多路光通道內(nèi)的待測(cè)射頻信號(hào)frf，各路光通道的光相位差φ1依次遞增，相鄰光通道的延時(shí)差呈2倍關(guān)系增加，光延時(shí)差越大，對(duì)應(yīng)光通道內(nèi)干涉輸出信號(hào)強(qiáng)度的反射條紋周期越小，光延時(shí)差最大的光通道決定了系統(tǒng)頻率測(cè)量的精度，逐級(jí)定位被測(cè)射頻信號(hào)的頻率區(qū)間，獲得一定精度內(nèi)的頻率值；

26、所述待測(cè)射頻信號(hào)最小頻率區(qū)間長度fbwn具體為：

27、

28、s700、多路光通道輸出的光信號(hào)經(jīng)過光探測(cè)器陣列進(jìn)行探測(cè)，光探測(cè)器陣列輸出的直流電信號(hào)送入信號(hào)采集模塊，根據(jù)各路光通道對(duì)應(yīng)輸出的電信號(hào)大小可判定光邊帶的波長位置，從而得到被測(cè)射頻信號(hào)的頻率。

29、本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：利用微波光子技術(shù)超寬帶信號(hào)處理的優(yōu)勢(shì)，將被測(cè)射頻信號(hào)調(diào)制在光域，利用多路光通道延時(shí)干涉，對(duì)干涉后輸出功率值的閾值判斷，逐級(jí)定位被測(cè)射頻信號(hào)的頻率區(qū)間，獲得一定精度內(nèi)的頻率值，對(duì)信號(hào)的采集與數(shù)據(jù)處理要求更低，在發(fā)揮微波光子實(shí)時(shí)處理、抗電磁干擾等優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，無需高速超寬帶射頻信號(hào)的采集處理，可顯著降低系統(tǒng)設(shè)備量和功耗。