双波长光本振和光边带抑制产生超宽带线性调频信号研究

Ultra wide-band linear frequency modulated (LFM) signal is in urgent need of the high performance radar systems to improve the range resolution and speed resolution simultaneously. However, the instantaneous bandwidth of LFM signal generated by electrical method is restricted by the electrical-bottleneck and it is smaller than 2GHz, which cannot meet the requirement of the high performance radars. Therefore, we propose to develop a new LFM signal generation method based on microwave photonics technique. Firstly, an optoelectronic oscillator (OEO) model based on phase modulation will be established, the conversion from phase modulation to intensity modulation to generate a dual-wavelength optical signal without optical filtering will be analyzed based on polarization multiplexing. Secondly, the electro-optic modulation for wideband signal will be modeled, and the suppression of undesired optical sidebands without optical filtering or electrical phase shifting will be investigated based on two parallel Dual-Parallel Mach-Zehnder Modulators (DPMZMs) and polarization multiplexing. Finally, the spectrum of generated frequency multiplication signal will be transferred from optical domain to electrical domain without distortion based on wavelength division multiplexing. The bandwidth of the generated LFM signal can be as large as 20GHz. Experiment systems will be established to measure and optimize the performance. The research results will provide a new method for the design and investigation of our nation’s high performance radar systems.

现代高性能雷达迫切需要超宽带线性调频信号来同时提高测速精度和测距精度，而目前基于电学方法产生超宽带线性调频信号受限于电子瓶颈效应，信号时宽带宽积难以满足高性能雷达的要求。本项目针对超宽带线性调频信号的产生问题，探索基于微波光子技术产生高载频可调谐超宽带线性调频信号的方法。首先建立基于相位调制的光电振荡器理论模型，研究无光滤波情况下，利用偏振复用实现相位调制到强度调制的转换，产生可调谐、高频率、低相位噪声的双波长光学本振信号；建立宽谱电信号的电光调制理论模型，在无电移相、无光滤波情况下，基于并联双平行马赫曾德尔调制器和偏振复用抑制杂散光边带，产生高倍频宽谱光信号；最后基于波分复用实现光域宽谱信号的频谱无失真搬移，在电域得到带宽达到20GHz的超宽带线性调频信号。研究中搭建实验系统，进行性能测试和优化。通过本项目研究为高性能雷达信号的研究和设计提供新型技术手段。

为了满足现代高性能雷达对高测速与测距精度的要求，超宽带线性调频信号成为了研究的热点问题。本项目围绕超宽带线性调频信号的产生问题，深入探索基于微波光子技术的大时宽带宽积线性调频(LFM)信号产生方法，为新一代高精度雷达探测系统提供坚实的技术支撑。研究工作主要包括以下三个部分：.（1）高稳定性、高频率、宽带可调谐范围的双波长光本振信号产生方案研究。为了解决高频信号产生的问题，本项目利用嵌有窄带 FBG 的 Sagnac 环结构和DPQPSKM分别得到±2阶和±4阶的双波长光本振信号，并通过基于双环OEO结构，满足降低光本振信号的相噪、提高稳定性的要求。此外，针对多本振信号的实际需求，提出基于DPQSKM的光梳可控（7、9、11、13根），频率间隔可调谐（6.02 GHz~9.02 GHz）的高质量光频梳产生方法，平坦度保持在1.13 dB~1.33 dB之间。.（2）基于微波光子技术的超宽带LFM信号产生。本项目围绕扩大时宽带宽积的关键技术问题，设计嵌有LCFBG的Sagnac环谱整形器产生极性编码超宽带LFM信号，在此基础上，提出可重构倍频系数（2，4）的高频LFM信号产生方法，并针对未来多频段、多波束的趋势，实现了基于多本振信号的多频段信号产生。本项目充分考虑长距离光纤传输、信号干扰以及信号处理中的系统噪声等实际问题，分别提出了基于DDDPMZM的倍频双啁啾LFM信号产生，基于平衡探测的镜像干扰抑制技术以及基于OEO的低相噪高线性度宽带微波光子下变频技术，从而补偿LFM信号在光纤传输过程中由色散引入的功率衰落，克服人为产生的镜像干扰（镜像抑制比在50 dB以上），提高系统线性度和相噪抑制能力。.（3）基于微波光子技术的相位编码信号产生。基于双波长光本振信号和光边带抑制的理论基础和研究成果，我们针对高倍频相位编码信号的产生进行了扩展研究。根据DPMZM的双波长光本振产生技术，实现了二倍频和四倍频相位编码信号的产生，在此基础上，结合Sagnac环结构、光载波移相理论、平衡探测理论、偏振选择理论以及DPQPSKM调制技术，实现倍频系数可重构相位编码信号产生，理论上最高倍频系数可达16。