基于聲光調(diào)制的微波信號(hào)多普勒移頻技術(shù)

吳彭生，吳 冉，魏正武，王 凱

1.中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第三十八研究所，安徽 合肥 230088；2.中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二十六研究所，重慶 400060)

0 引言

現(xiàn)代雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展日新月異，新技術(shù)、新體制不斷涌現(xiàn)，給傳統(tǒng)干擾對(duì)抗裝備提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，主要表現(xiàn)在超寬帶捷變頻、組網(wǎng)工作能力、多功能，要對(duì)這些雷達(dá)實(shí)施干擾，則干擾系統(tǒng)需具備全頻段覆蓋，大瞬時(shí)帶寬，干擾樣式靈巧多變，快速反應(yīng)，同時(shí)多目標(biāo)干擾等能力，這對(duì)其干擾源提出了更高的要求。然而，傳統(tǒng)微波信號(hào)模擬處理技術(shù)和數(shù)字處理技術(shù)難以全面滿足新一代干擾源研制的技術(shù)需求，有必要尋求新技術(shù)、新方法和新的解決途徑。

微波信號(hào)光處理技術(shù)具有大瞬時(shí)帶寬、大動(dòng)態(tài)范圍、高處理增益及高速并行處理能力，在電子戰(zhàn)中的寬帶波束形成、實(shí)時(shí)信號(hào)檢測(cè)與分析、寬帶干擾產(chǎn)生等方面有著廣闊的應(yīng)用前景[1]。利用微波信號(hào)光處理技術(shù)用于干擾信號(hào)產(chǎn)生，不僅可以適應(yīng)很寬的信號(hào)帶寬，還可直接產(chǎn)生高頻段的射頻干擾信號(hào)而不需要進(jìn)行變頻處理，進(jìn)一步提高了干擾信號(hào)的頻譜純度和質(zhì)量。為此，基于微波信號(hào)光處理技術(shù)的超寬帶干擾源方面的研究[2-5]較為廣泛。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在對(duì)雷達(dá)的對(duì)抗和干擾中，為了實(shí)現(xiàn)速度欺騙干擾，干擾系統(tǒng)還應(yīng)具備多普勒調(diào)制能力。本文基于聲光移頻原理實(shí)現(xiàn)多普勒調(diào)制。

圖1為聲光移頻多普勒信號(hào)產(chǎn)生系統(tǒng)原理圖。由圖可見(jiàn)，頻率為f0的激光功分為兩路，其中一路被頻率為fRF的微波信號(hào)調(diào)制后，經(jīng)單邊帶濾波和聲光移頻，得到頻率為f0+fRF+fD的光信號(hào)。該系統(tǒng)中，假設(shè)聲光移頻器由一個(gè)復(fù)雜波形信號(hào)sARB(t)驅(qū)動(dòng)[6]：

sARB(t)=A0cos[2π(fBragg+fD)t+φn]

(1)

式中：A0為該信號(hào)的幅度；φn為初始相位；fBragg為聲光晶體的布喇格頻率。fRF信號(hào)通過(guò)聲光移頻后，實(shí)現(xiàn)了移頻量為fD的移頻：

Sshift(t)=A0cos[2π(f0+fRF+fD)t+φn]

(2)

圖1 聲光移頻多普勒信號(hào)產(chǎn)生系統(tǒng)原理

該信號(hào)與激光器輸出信號(hào)在光電探測(cè)器端混頻輸出的微波信號(hào)為

S(t)=A0cos[2π(fRF+fD)t+φn]

(3)

該微波信號(hào)頻率為fRF+fD，系統(tǒng)借此實(shí)現(xiàn)對(duì)微波信號(hào)fRF的移頻。根據(jù)fD的取值不同，可得到負(fù)移頻、零移頻或正移頻。

2 測(cè)試結(jié)果

在上述系統(tǒng)中，要保證輸出移頻后的微波信號(hào)具有較高的雜散抑制比，關(guān)鍵是將信號(hào)高保真調(diào)制到光域，為此我們需要進(jìn)行單邊帶調(diào)制。普通的馬赫曾德?tīng)栃碗姽庹{(diào)制器采用的是干涉原理，只具有雙邊帶調(diào)制、載波抑制雙邊帶調(diào)制兩種調(diào)制類(lèi)型，因此，在電光調(diào)制器載波抑制調(diào)制基礎(chǔ)上，本文加入了單通帶光濾波器。從12 GHz信號(hào)的載波抑制調(diào)制和濾波信號(hào)的對(duì)比(見(jiàn)圖2)可看出，該系統(tǒng)較好地產(chǎn)生了光學(xué)單邊帶信號(hào)。

圖2 12 GHz信號(hào)調(diào)制濾波后的光譜圖

我們測(cè)試了整個(gè)系統(tǒng)的頻譜響應(yīng)，該系統(tǒng)在2～20 GHz表現(xiàn)出較好的性能，如圖3所示。受限于系統(tǒng)使用的電光調(diào)制器和光學(xué)濾波器的帶寬，系統(tǒng)的最大工作頻率約為25 GHz。

圖3 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的頻譜響應(yīng)圖

利用該系統(tǒng)對(duì)單頻微波脈沖信號(hào)進(jìn)行速度拖引模擬測(cè)試，測(cè)量了其最小移頻量及移頻范圍，輸入的微波信號(hào)頻率為18 GHz，信號(hào)功率為10 dBm。圖4、5為此系統(tǒng)進(jìn)行的±10 Hz和±1 MHz速度拖引模擬測(cè)試的結(jié)果，最小移頻量可達(dá)±10 Hz，移頻范圍達(dá)到±1 MHz。

圖4 18 GHz微波信號(hào)±10 Hz速度拖引測(cè)試結(jié)果

圖5 18 GHz微波信號(hào)±1 MHz速度拖引測(cè)試結(jié)果

最后利用該系統(tǒng)進(jìn)行雷達(dá)脈沖信號(hào)的多普勒頻移模擬測(cè)試：假設(shè)雷達(dá)信號(hào)位于18 GHz頻段，以速度為1 000 m/s的高空快速目標(biāo)為例，根據(jù)徑向多普勒頻移公式fd=f·v/c(其中，f為信號(hào)頻率，v為目標(biāo)徑向速度，c為電磁波傳輸速度)，對(duì)應(yīng)產(chǎn)生的多普勒頻移為60 kHz。設(shè)置信號(hào)源載波頻率為18 GHz，功率設(shè)置為10 dBm，射頻信號(hào)源為常規(guī)脈沖雷達(dá)信號(hào)，脈沖寬度為100 μs，脈沖重復(fù)間隔為1 000 μs。我們模擬了目標(biāo)速度從1 200 m/s減小到1 000 m/s，對(duì)應(yīng)多普勒頻移從80 kHz減小到60 kHz，步進(jìn)為1 kHz，測(cè)試結(jié)果如圖6所示。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)雷達(dá)信號(hào)的多普勒移頻，能夠產(chǎn)生雷達(dá)干擾信號(hào)。

圖6 雷達(dá)脈沖信號(hào)多普勒頻移模擬測(cè)試結(jié)果

3 結(jié)束語(yǔ)

本文提出的基于聲光移頻的微波信號(hào)多普勒移頻技術(shù)，通過(guò)微波光子信號(hào)處理和聲光移頻技術(shù)，獲得了一種多普勒雷達(dá)干擾信號(hào)。該系統(tǒng)的工作頻段為2～20 GHz，速度拖引干擾信號(hào)的模擬測(cè)試顯示的移頻范圍達(dá)到±1 MHz，最小移頻量為±10 Hz。同時(shí)，模擬測(cè)試也實(shí)現(xiàn)了目標(biāo)速度從1 200 m/s減小到1 000 m/s情況下雷達(dá)脈沖信號(hào)的多普勒頻移。該方法可作為一種寬帶模擬干擾源的解決方案，與低頻數(shù)字干擾機(jī)相結(jié)合，廣泛用于新型雷達(dá)對(duì)抗干擾系統(tǒng)。