基于聲光調制的微波信號多普勒移頻技術

吳彭生，吳 冉，魏正武，王 凱

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

0 引言

現代雷達技術的發展日新月異，新技術、新體制不斷涌現，給傳統干擾對抗裝備提出了嚴峻的挑戰，主要表現在超寬帶捷變頻、組網工作能力、多功能，要對這些雷達實施干擾，則干擾系統需具備全頻段覆蓋，大瞬時帶寬，干擾樣式靈巧多變，快速反應，同時多目標干擾等能力，這對其干擾源提出了更高的要求。然而，傳統微波信號模擬處理技術和數字處理技術難以全面滿足新一代干擾源研制的技術需求，有必要尋求新技術、新方法和新的解決途徑。

微波信號光處理技術具有大瞬時帶寬、大動態范圍、高處理增益及高速并行處理能力，在電子戰中的寬帶波束形成、實時信號檢測與分析、寬帶干擾產生等方面有著廣闊的應用前景[1]。利用微波信號光處理技術用于干擾信號產生，不僅可以適應很寬的信號帶寬，還可直接產生高頻段的射頻干擾信號而不需要進行變頻處理，進一步提高了干擾信號的頻譜純度和質量。為此，基于微波信號光處理技術的超寬帶干擾源方面的研究[2-5]較為廣泛。

1 系統設計

在對雷達的對抗和干擾中，為了實現速度欺騙干擾，干擾系統還應具備多普勒調制能力。本文基于聲光移頻原理實現多普勒調制。

圖1為聲光移頻多普勒信號產生系統原理圖。由圖可見，頻率為f0的激光功分為兩路，其中一路被頻率為fRF的微波信號調制后，經單邊帶濾波和聲光移頻，得到頻率為f0+fRF+fD的光信號。該系統中，假設聲光移頻器由一個復雜波形信號sARB(t)驅動[6]：

sARB(t)=A0cos[2π(fBragg+fD)t+φn]

(1)

式中：A0為該信號的幅度；φn為初始相位；fBragg為聲光晶體的布喇格頻率。fRF信號通過聲光移頻后，實現了移頻量為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產生系統原理

該信號與激光器輸出信號在光電探測器端混頻輸出的微波信號為

S(t)=A0cos[2π(fRF+fD)t+φn]

(3)

該微波信號頻率為fRF+fD，系統借此實現對微波信號fRF的移頻。根據fD的取值不同，可得到負移頻、零移頻或正移頻。

2 測試結果

在上述系統中，要保證輸出移頻后的微波信號具有較高的雜散抑制比，關鍵是將信號高保真調制到光域，為此我們需要進行單邊帶調制。普通的馬赫曾德爾型電光調制器采用的是干涉原理，只具有雙邊帶調制、載波抑制雙邊帶調制兩種調制類型，因此，在電光調制器載波抑制調制基礎上，本文加入了單通帶光濾波器。從12 GHz信號的載波抑制調制和濾波信號的對比(見圖2)可看出，該系統較好地產生了光學單邊帶信號。

圖2 12 GHz信號調制濾波后的光譜圖

我們測試了整個系統的頻譜響應，該系統在2～20 GHz表現出較好的性能，如圖3所示。受限于系統使用的電光調制器和光學濾波器的帶寬，系統的最大工作頻率約為25 GHz。

圖3 實驗系統的頻譜響應圖

利用該系統對單頻微波脈沖信號進行速度拖引模擬測試，測量了其最小移頻量及移頻范圍，輸入的微波信號頻率為18 GHz，信號功率為10 dBm。圖4、5為此系統進行的±10 Hz和±1 MHz速度拖引模擬測試的結果，最小移頻量可達±10 Hz，移頻范圍達到±1 MHz。

圖4 18 GHz微波信號±10 Hz速度拖引測試結果

圖5 18 GHz微波信號±1 MHz速度拖引測試結果

最后利用該系統進行雷達脈沖信號的多普勒頻移模擬測試：假設雷達信號位于18 GHz頻段，以速度為1 000 m/s的高空快速目標為例，根據徑向多普勒頻移公式fd=f·v/c(其中，f為信號頻率，v為目標徑向速度，c為電磁波傳輸速度)，對應產生的多普勒頻移為60 kHz。設置信號源載波頻率為18 GHz，功率設置為10 dBm，射頻信號源為常規脈沖雷達信號，脈沖寬度為100 μs，脈沖重復間隔為1 000 μs。我們模擬了目標速度從1 200 m/s減小到1 000 m/s，對應多普勒頻移從80 kHz減小到60 kHz，步進為1 kHz，測試結果如圖6所示。該系統實現了對雷達信號的多普勒移頻，能夠產生雷達干擾信號。

圖6 雷達脈沖信號多普勒頻移模擬測試結果

3 結束語

本文提出的基于聲光移頻的微波信號多普勒移頻技術，通過微波光子信號處理和聲光移頻技術，獲得了一種多普勒雷達干擾信號。該系統的工作頻段為2～20 GHz，速度拖引干擾信號的模擬測試顯示的移頻范圍達到±1 MHz，最小移頻量為±10 Hz。同時，模擬測試也實現了目標速度從1 200 m/s減小到1 000 m/s情況下雷達脈沖信號的多普勒頻移。該方法可作為一種寬帶模擬干擾源的解決方案，與低頻數字干擾機相結合，廣泛用于新型雷達對抗干擾系統。