面向系统性能评估的机载微波光子雷达集成验证系统_张广磊.pdf
《面向系统性能评估的机载微波光子雷达集成验证系统_张广磊.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《面向系统性能评估的机载微波光子雷达集成验证系统_张广磊.pdf(7页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、引用格式:张广磊,顾新杨,张道明,等 面向系统性能评估的机载微波光子雷达集成验证系统 电光与控制,():,():面向系统性能评估的机载微波光子雷达集成验证系统张广磊,顾新杨,张道明,莫修辞(中国航空工业集团公司雷华电子技术研究所,江苏 无锡)摘 要:基于交叉学科融合的微波光子技术是新体制机载雷达的重要发展方向之一,能够用光学方法完成在电域中难以实现甚至无法实现的射频信号处理与高速传输等功能。国内微波光子雷达系统研究仍处于功能演示阶段,亟需面向实际作战需求的系统级验证手段来提升机载微波光子雷达的工程化进程。提出了一种面向系统性能评估的机载微波光子雷达集成验证系统,分析了系统级验证的必要性,论述了
2、集成验证系统的关键构成要素和性能指标映射与评估方法,并总结了所提集成验证系统的优势。关键词:机载雷达;微波光子;集成验证系统;指标映射与评估中图分类号:文献标志码:,(,):,:;引言机载雷达作为空军网络信息体系的前端和基础,肩负着敌方来袭目标预警探测、威胁目标跟踪识别、机载武器跟踪制导等多种作战任务,是影响飞机平台作战效能的关键设备。随着新作战概念推动下的军事技术发展和装备能力提升,传统机载雷达受电子技术瓶颈限制难以满足隐身目标探测、宽带射频隐身、超高分辨目标识别、多功能多频段一体化等作战能力提升需求,面临着极大的挑战。基于交叉学科融合的微波收稿日期:修回日期:作者简介:张广磊(),男,山东
3、滨州人,硕士,高工。光子技术,可用光的技术特点解决微波领域的技术瓶颈,利用光学方法实现微波 毫米波的产生、传输、处理、控制和测量,完成传统射频系统中复杂甚至是无法完成的信号处理与高速传输等功能。微波光子技术具备宽频段、超宽带、低相噪、低损耗、海量数据传输与处理、电磁兼容性强等特征,是匹配未来多功能、多频段、智能化的机载雷达系统的先进技术。微波光子技术自诞生以来就受到了国际学术界、工业界和国防部门的高度重视。美国国防部高级研究计划局()近年来设立了数十个项目支持核心微波光子器件包括光电振荡器、光任意波形产生()、光模数转换()、模拟光子信号处理、模拟光子前端、光电集成等技术的研究,。尽管报道的系
4、统级研究第 卷 第 期 年 月 电 光 与 控 制 较少,但上述项目从侧面证实了美国已经明确了系统架构及其对各模块的性能需求。欧盟更加关注微波光子技术在雷达、电子战及通信系统的研究,团队研制了 双波段微波光子雷达样机,完成了外场测试,还研发了雷达 通信双用途原型机,实现了真正意义上软硬件共享的雷达 通信一体化系统,然而这些研究侧重于原理性验证,缺乏面向系统综合效能的实用化研究。国内微波光子技术研究虽然相比欧美国家起步较晚,但发展迅速,经过多年研究积累,国内研究者提出多套微波光子雷达方案,研制出多种高分辨率成像雷达。年,国内科研机构研制出了可实现小目标实时成像的微波光子雷达验证系统,工作频段 ,
5、实时成像分辨率优于 。近年来,国内相继发表了采用微波光子技术的 波段超宽带成像雷达、雷达、分布式孔径相干雷达、波段超宽带成像雷达等多个研究成果,然而这些雷达系统也多是集中于成像或测距的单项功能性验证,与实用化还有一段距离。系统级验证的必要性相较于国外,国内微波光子技术领域的研究已取得了丰硕的技术成果,相应的器件、模块、单元技术日趋成熟,并逐步从单元模块级研究向系统级研究转变,进入微波光子雷达系统功能演示的阶段。不可否认,当前国内微波光子技术领域研究仍然存在一定局限,具体体现在以下 点。)微波光子器件、模块研究缺乏系统级性能牵引和约束。当前微波光子技术研究多是自底向上的,由微波光子关键器件、模块
6、的设计方案和工作机理通过逐级映射,最终构成雷达系统。然而,雷达系统研制过程却与之相反,是遵循军事对抗需求任务战术指标系统指标分系统指标模块设计这一从上至下的设计逻辑进行的。微波光子器件和模块的研究也需遵循上述逻辑,在系统级性能牵引和约束下才能适应实际应用需求。)微波光子技术优势对系统的性能优势提升缺乏系统级验证。微波光子技术相较于传统电子体制技术具备诸多潜在优势,但技术优势转化为系统的性能优势是最终目的。技术优势如何转化为系统的性能优势,以及技术优势对系统实际性能优势的提升情况均不明晰,因此,需要具备便捷的通用化系统级验证条件对此进行验证。)当前系统级研究多集中于单项功能,未考虑多功能需求。当
7、前国内微波光子雷达研究成果主要集中在高分辨成像雷达,缺乏探测、侦收、成像等多项功能需求约束下的系统级研究。如果面向机载应用需求进行系统级研究,必须能够对多项系统性能进行通用化验证。综上所述,面向系统性能评估需求,构建一套机载微波光子雷达集成验证系统对于微波光子雷达模块级和系统级研究都具有重要的现实意义,有助于将微波光子技术优势迅速转化为雷达系统作战效能的提升。机载微波光子雷达集成验证系统构建为满足微波光子雷达系统性能提升验证与评估需求,机载微波光子雷达集成验证系统需具备以下几种特性:多功能开放式系统架构、超宽带天线孔径、通用化标准化接口、可验证多种系统功能、可迭代优化的指标映射与性能评估方法等
8、,下面从这些方面对机载微波光子雷达集成验证系统进行阐述。多功能开放式系统架构设计机载微波光子雷达利用微波光子技术超宽带、低功耗、高灵敏度等特点,完成本振产生、波形产生、波束形成、上下变频、滤波、采样等过程在光域的实现,以取代传统机载雷达相对应的射频电子模块,完成宽带微波信号的产生、传输、处理和控制。机载微波光子雷达系统架构由光频率源模块、超宽带光信号产生模块、超宽带光信号接收模块、光波束形成网络、光模数转换()模块、电 光转换模块以及通用化标准化接口等部分组成,如图 所示。图 多功能开放式微波光子雷达系统架构 光频率源模块完成高稳定、低相噪、高边模抑制比的本振源的产生;超宽带光信号产生模块完成
9、雷达宽带波形的产生与调制;超宽带光信号接收模块通过在光域将宽带的接收信号分割到多个窄带的处理信道中,完成对每个窄带信道中的接收信号的光电探测和信号处理;光波束形成网络通过控制阵列天线中各发射信号的延时,使得波束在特定的波前方向干涉相加,从而完成波束形成;光模数转换模块完成信号的模拟预处理、采样保持、高速实时量化等过程;电 光转换模块主要完成射频信号与光信号之间的转换,用于发射第 卷电 光 与 控 制张广磊等:面向系统性能评估的机载微波光子雷达集成验证系统射频信号的光 电转换和接收射频信号的电 光转换;通用化标准化接口完成射频及光链路互连,同时兼容模块的功能变化与扩展,以满足后续不同架构的测试验
10、证需求。上述系统架构可根据探测、侦收、成像等功能模式对雷达工作频段和性能需求的不同,对射频发射 接收通道通过开关选择切换,通过硬件共享重构和软件定义,完成实时重构和复用,实现射频信号的产生与发射、接收放大、上下变频、高速数据采集、一体化信号处理与资源智能化综合管控,各功能既可以分时也可以同时使用同一个微波光子雷达系统,实现雷达目标探测、电子侦收以及精细成像的射频发射和接收,满足微波光子雷达系统及模块的多功能通用化验证需求。微波光子关键模块设计 光频率源模块在雷达系统中,本振信号的质量很大程度上决定了发射信号和接收机中频信号的质量。本系统采用光电振荡器()作为高性能频率源,可产生数兆赫兹到数百吉
11、赫兹的高纯度微波或毫米波信号,相位噪声可达到接近量子极限的 。光电振荡器主要由激光器、电光调制器、光电探测器、放大器和带通滤波器等组成,其原理如图 所示。由于光纤的低损耗特性,电光调制器和光电探测器之间长距离(数千米)的光纤可大幅提高振荡腔的储能时间,而储能时间又正比于振荡器的品质因数,所以光电振荡器可以振荡出超高纯度的微波信号。与之相比,传统微波谐振腔的腔长仅为数厘米,因此光电振荡器的相位噪声可有若干数量级的降低。图 光电振荡器基本原理图 超宽带信号产生模块在雷达系统中,发射信号的功率、时宽、带宽、编码形式等参数决定了系统的探测距离、探测精度和抗干扰能力。本系统采用微波光子倍频法将电域产生的
12、波形经过电光转换调制到光信号上,能够产生高质量的微波信号。微波光子四倍频线性调频信号主要由激光器、偏振控制器、双平行马赫 曾德尔调制器()和光电探测器等产生,其原理如图 所示。该方法产生的微波信号具有很好的脉冲压缩特性,并且信号参数灵活可调,通过调节中频驱动信号参数、调制器偏置以及信号放大滤波模块等器件的参数,可实现信号带宽、载频、脉宽的调节。当结合混频技术时,此系统理论上可以产生载频到亚太赫兹波段的带宽可达数十吉赫兹的宽带线性调频信号。此外,由于来自任意波形产生器()的中频线性调频驱动信号具有非常好的相位相干性,光子四倍频后,信号相位相干性可以完美保留,所以光子倍频技术在机载微波光子雷达中具
13、有极大应用潜力。图 微波光子四倍频原理图 光控波束形成网络在波束形成方面,数字阵列处理的方法具有高度的灵活性和同时多波束形成能力,但由于色散带来的波束倾斜效应的限制,带宽比较窄(典型值 ),本系统采用集成光控波束形成网络的方案,如图 所示。图 光控波束形成组件示意图 该方案将相控阵雷达天线阵面划分为若干个子阵,每个子阵通过一个延时线芯片实现延时量切换。片上延时网络采用光开关切换方案,通过多级光开关级联实现不同延时长度的传输光波导延时量的切换,在损耗、带宽及电信号幅度一致性等指标上具有明显的优势。需要指出的是,光电转换效率和延时线损耗影响着最终微波光子雷达的噪声系数、动态范围等指标,采用薄膜铌酸
14、锂、氮化硅等材料,可有效降低片上传输损耗以及调制器的半波电压,整体提高光控波束形成网络链路性能。超宽带信号接收模块为满足微波光子雷达不同应用场景的信号处理需求,同时降低接收机对宽带信号的处理负担,本系统采 第 期用基于光矢量解调技术的超宽带信号接收方案,见图。图 超宽带信号接收示意图 本方案利用同时产生的多个光微波载频形成“本振池”,对输入的多频微波信号进行同时变频至多个通道,然后采用可编程光滤波器选择想要的变频分量,最后进行光子辅助的信道化接收。这种方法充分结合了微波光子技术的宽带特性和数字信号处理的灵活及高效特性,可以在实现超宽带信道化的同时保持与窄带处理相比拟甚至更优的处理性能;真正发挥
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 面向 系统 性能 评估 机载 微波 光子 雷达 集成 验证 张广磊
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。