基于新型扫频光源的多普勒频移补偿关键技术研究

With the increase of the transit speed in railway transportation, the influence of the Doppler frequency-shift (DFS) becomes more and more serious. To meet the exigent requirements of high speed railway or other high speed vehicles for the Doppler frequency-shift compensation (DFSC) techniques, and overcome the limitations of conventional techniques, we propose to perform DFSC based on wavelength-swept fiber laser source and dispersion engineering.. In this proposal, we plan to carry out theoretical investigation, experimental study, and application implementation of DFSC based on wavelength-swept fiber laser source. The influence of various optical source parameters and dispersion on the frequency conversion function of the DFSC system will be deduced and fully understood. Flexible control and processing of microwave signals will be realized by optical source engineering, and DFSC systems with high performance will be obtained. We expect that a comprehensive and intensive understanding of DFSC based on microwave photonic frequency converter can be achieved, and the limitation in frequency band and frequency conversion speed of conventional techniques can be overcome. Moreover, we hope advantages and potentials of wavelength-swept fiber laser source can be further excavated through these work.Therefore, it is of great importance to carry out the research proposed in this proposal.

随着铁路运输速度的提高，多普勒频移对铁路通信质量的影响日益突出。为满足高速铁路乃至高速飞行器等系统对多普勒频移补偿技术的迫切需求，克服现有补偿技术的局限性，提出基于新型扫频光源的微波光子变频器及其多普勒频移补偿应用研究。. 本项目拟对基于新型扫频光源的多普勒频移补偿的关键技术进行理论与实验研究，明确扫频光源输出特性及色散介质的色散特性等关键物理参数对微波光子变频器频率响应的影响；通过扫频光源及色散介质的优化设计，实现对微波信号的任意变频处理，得到满足多普勒频移补偿应用的微波光子变频器，有效解决高速载具通信中的多普勒频移补偿问题。. 希望通过本项目研究，能够克服现有多普勒频移补偿技术的局限性，为传统微波领域的分倍频或上下变频提供新的解决方案；同时实现扫频光纤激光器的原理性创新，有效拓展扫频光源的应用深度与广度。

为满足高速铁路乃至高速飞行器等系统对多普勒频移补偿技术的迫切需求，克服现有频率补偿技术的局限性，提出面向多普勒频移补偿应用的微波光子任意变频器及分频器研究。主要工作有：.（1）提出并实现了基于扫频光源的微波光子变频器，对其实现原理进行了理论分析、系统仿真优化以及实验验证，通过控制扫频光源的输出特性实现了输入微波信号的上下任意变频。.（2）提出并实现了新型基于注入锁定技术的微波光子分频器，对其实现原理进行了理论分析和实验验证。该技术通过控制光电振荡器腔内各个参数以满足系统相位和增益条件，实现了任意分频功能。.（3）提出并实现了基于锁模激光器的微波光子任意变频器，并将其应用于光纤通信系统，对变频后的基带信号质量进行了评估，符合通信系统传输应用的需求。.（4）提出并实现了一种基于色散调谐主动锁模光纤激光器技术的多普勒频移测量方法，利用输出波长与调制频率呈线性关系的特性，通过测量输出波长来标定输入系统的微波频率，可以获得多普勒频移。.（5）对微波光子变频器系统中可应用的光源技术进行了研究，提出并实现了多种新型扫频光纤激光器结构。.（6）提出了多种可望应用于微波光子变频器系统的微波光子信号处理技术，有效提高了通信系统性能，丰富了微波光子移频器的实现技术及其应用领域。.（7）实现了几种基于扫频光源的快速折射率测量技术，该传感系统将频域的波长漂移转换到时域进行测量，有效提高了传感灵敏度。该内容属于项目相关的拓展内容。. 以上工作共发表15篇SCI收录论文、3篇EI收录的国际会议论文、2篇中文核心期刊论文；申报与项目内容密切相关的中国发明专利2项；结合项目内容培养了1名博士研究生及6名硕士研究生。总体而言，超额完成了项目预期目标。通过项目研究工作的开展，为系统中多普勒频移补偿提供了可能的解决方案，丰富了微波光子移频器及分频器的实现技术及其应用领域,，并有效拓展了扫频光源的应用深度和广度。