基于受激布里淵效應的多頻率高精度微波光子測頻方案的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及微波檢測技術領域，尤其是一種基于受激布里淵效應的多頻率高精度頻率測量。適用于解決對高頻帶多頻率的未知微波信號進行精確測量。
【背景技術】
[0002]在現代電子對抗和微波檢測領域中，微波頻率檢測技術是一項關鍵的技術，通過瞬時頻率測量可以快速的定位未知信號的頻段，從而輔助查明敵方電子設備信息，利于我方戰(zhàn)略部署。由于電子瓶頸的限制，傳統(tǒng)的電子測頻很難實現寬頻率的測量，且具有體積大、功耗高、易受電磁干擾等缺點。近年隨著微波光子技術的發(fā)展，微波光子頻率測量技術以其測量范圍大、體積小、功耗低、抗電磁干擾等優(yōu)點，逐漸成為研宄的熱點。
[0003]目前的微波光子測頻技術主要分為三類:頻率-功率映射、頻率-空間映射、頻率-時域映射。其中基于頻率-功率映射的微波光子測量方案是將頻率信息映射到線性的幅度比較函數上，實現頻率與功率的一一對應，由于該方案數字信號處理簡單、成本低，已經成為微波光子頻率測量的主流技術。至今已經實現了的測頻范圍大于20GHz和測量分辨率小于200MHz的微波頻率測量。
[0004]上述三種方案都只能針對單頻率微波信號進行測量，其測量精度遠小于與電子測頻技術的精度。因此，基于受激布里淵效應的微波光子信號測頻技術被提出，該方案實現了對多頻率信號的測量，但是必須通過高成本地分析整個系統(tǒng)的微波傳輸函數來獲得未知微波信號的頻率值。為了克服已有方案的缺點，本發(fā)明提出了一種基于受激布里淵效應的高精度多頻率微波測量方案。

【發(fā)明內容】

[0005]鑒于現有技術的以上缺點，本發(fā)明的目的是提供一種基于受激布里淵效應的多頻率高精度微波光子測頻方案，該方案結構簡單，適合于多頻率、高精度測量。通過調節(jié)該結構中不同參數值下受激布里淵效應的作用方式，將該測量方案分為多頻率瞬時粗度測量和單頻率逐步高精度測量兩個步驟，實現了對探測信號的多頻率高精度測量。
[0006]本發(fā)明的目的是基于如下分析和方案提出和實現的:
[0007]一種基于受激布里淵效應的多頻率高精度微波光子測頻方案，其特征在于:在包括單波長激光器(101)、雙驅動馬赫曾德爾調制器(102)、馬赫曾德爾調制器(103)、光隔離器(105)、色散位移光纖(106)、光環(huán)形器(107)、光電探測器(108)、電處理單元(109)、參考微波源(104)的測頻系統(tǒng)中，測頻過程分為多頻率瞬時粗度測量和單頻率逐步精度測量(或誤差測量)兩步驟，分別利用受激布里淵效應中的不同現象來實現動態(tài)頻率-功率映射和頻率-相移映射，其具體過程為:
[0008]步驟I)多頻率瞬時粗度測量:將未知探測信號加載在馬赫曾德爾調制器上進行抑制載波的雙邊帶調制，并作為受激布里淵效應中的泵浦光；將從零頻開始以固定頻率步長(f = 1/2 Δ vB,其中Λ νΒ為受激布里淵增益譜全寬)移動的微波信號104(1) (nf, η =1，2，3…)加載在雙驅動馬赫曾德爾調制器上進行不平衡雙邊帶的調制(受激布里淵效應中的信號光)，形成移動的光頻率梳來感應由受激布里淵效應產生的增益、損耗譜，通過檢測輸出信號光的功率變化情況，可以同時測得多頻率未知探測信號的頻率值;
[0009]步驟2)單頻率逐步精度測量:未知探測信號經電處理單元后產生雙邊帶信號作為泵浦光，一個已知的固定低頻微波信號104(2)產生的單邊帶信號作為信號光；電處理單元(109)包括電混頻器和電濾波器兩個部分，將未知探測信號分別與步驟一中測得的頻率值減去vB的參考頻率信號進行混頻，然后通過電濾波器將頻率位于V β-1/4Δ vB(fvl)?νΒ+1/4Δ vB(fv2) [Hz]的頻率分量(f探測信號_f■初次測量+V B)濾出，其中vB為受激布里淵頻移；檢測信號光的相移量來分步地測量出未知探測信號中每個頻率分量的誤差值；
[0010]通過以上步驟實現精度〈1MHz的多頻率微波信號測量。
[0011]通過本發(fā)明的方法，在動態(tài)的頻率-功率映射中，通過以固定頻率步長(f =1/2 Δ vB)移動的微波信號(nf，η = 1,2, 3...)調制在雙驅動馬赫曾德爾調制器上形成動態(tài)的光頻率梳，通過檢測每步輸出信號的功率值來感應探測信號的頻率；在頻率-相移映射中，通過步驟一中反饋的頻率測量結果作用于泵浦光，通過檢測已知信號的相移量大小來獲得探測信號的精確頻率。在多頻率瞬時粗度測量過程中，將探測信號加載在馬赫曾德爾調制器上進行抑制載波的雙邊帶調制，并作為受激布里淵效應中的泵浦光。將從零頻開始以固定頻率步長(f = 1/2 Δ vB)移動的微波信號(nf，η = 1,2, 3...)加載在雙驅動馬赫曾德爾調制器上進行不平衡雙邊帶的調制(受激布里淵效應中的信號光)，形成移動的光頻率梳來感應由受激布里淵效應產生的增益、損耗譜。當光頻率梳位于增益、損耗譜中，邊帶的相位和幅度都會發(fā)生改變，則相應輸出信號光的功率也發(fā)生變化。此時，可以根據實際情況采取以下兩種方式來進行功率-頻率映射:
[0012]I)對檢測的信號光功率值序列進行量化(“I”:大于等于參考功率值，“O”:小于參考功率值)獲得數字化功率值序列。數字化功率值為“0”，則對應的nf + V B頻率值就是未知探測信號各頻率分量所屬的頻帶。
[0013]2)對檢測的信號光功率值序列進行校驗，相鄰兩步的功率值變化量之和為一常數，然后根據前一步[nf]與后一步[(n+l)f]功率的比值以及相應η值的值，獲得未知探測信號各頻率分量所屬的頻率。
[0014]以上兩種方式，都通過檢測輸出信號光的功率變化情況，可以同時測得多頻率未知探測信號的頻率值。其中方式(I)中只能測得信號頻帶，誤差約為幾十兆赫茲，方式(2)測量精度更高，但數字處理更加復雜。方式(I)可用于與步驟二結合使用來實現高精度的多頻率測量，方式(2)可用于本發(fā)明步驟一單獨使用時進行高精度的多頻率測量。
[0015]在單頻率逐步精度(誤差)測量過程中，將未知探測信號經電處理模塊處理得到頻率為I f?探測信號-f?初始測量+ V BI或If?探測信號-nf I的微波信號，加載在馬赫曾德爾調制器上，作為受激布里淵效應的泵浦光；將一已知的低頻(fs)微波信號輸入到雙驅動馬赫曾德爾調制器上，調節(jié)其偏置電壓實現單邊帶調制，作為受激布里淵效應的信號光。此時產生受激布里淵效應的增益譜和損耗譜在信號光的載波處重疊，在該區(qū)域內檢測的信號光的相移量與泵浦光的頻率成正比，因此通過檢測已知的低頻(fs)微波信號的相移量，可以獲得|f?H言號(n)-nf|的頻率值。結合步驟一、二，可以獲得探測信號中各個頻率的精確值；
[0016]采用本發(fā)明相比由頻率-功率映射來實現的微波光子頻率測量方案，在本發(fā)明的步驟一中也采用了頻率-功率映射的原理，但本發(fā)明是通過移動的光頻率梳實現了動態(tài)的頻率-功率映射。通過對檢測到的功率值序列進行數字信號處理，實現了對多頻率探測信號的頻率瞬時檢測。同時本發(fā)明的步驟二中提出了頻率-相位映射的原理，經電處理單元后將探測信號與步驟一中相應測得的信號頻率差(即頻率誤差值)轉換為已知低頻微波信號(fs)的相移量。本發(fā)明成本低、測量精度高，可應用于高頻帶多頻率微波檢測以及電子對抗中。
【附圖說明】
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[0017]圖1為本發(fā)明提供的基于受激布里淵效應的微波頻率測量裝置的結構示意圖；
[0018]圖2為本發(fā)明裝置中的頻率測量方案；
[0019]圖3為本發(fā)明提供的頻率測量方案的原理圖:(a)多頻率瞬時粗度測量原理:(a-Ι)裝置參數設置，(a-2)單個頻率梳對應的頻帶范圍，(a-3)多頻率測量過程中基于受激布里淵效應的頻率-功率-量化功率的轉換；(b)單頻率逐步精度測量原理:(b-Ι)裝置參數設置，(b_2)單個頻率誤差測量過程中基于受激布里淵效應的頻率-相位的轉換；
[0020]圖4為本發(fā)明提供的頻率測量方案中步驟一的實驗結果圖:(a)和(b)光譜圖，(C)單個頻率梳的頻率-功率映射圖(單頻率信號作為未知探測信號)；
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