基于声光调制的微波信号多普勒移频技术

吴彭生，吴 冉，魏正武，王 凯

1.中国电子科技集团公司第三十八研究所，安徽 合肥 230088；2.中国电子科技集团公司第二十六研究所，重庆 400060)

0 引言

现代雷达技术的发展日新月异，新技术、新体制不断涌现，给传统干扰对抗装备提出了严峻的挑战，主要表现在超宽带捷变频、组网工作能力、多功能，要对这些雷达实施干扰，则干扰系统需具备全频段覆盖，大瞬时带宽，干扰样式灵巧多变，快速反应，同时多目标干扰等能力，这对其干扰源提出了更高的要求。然而，传统微波信号模拟处理技术和数字处理技术难以全面满足新一代干扰源研制的技术需求，有必要寻求新技术、新方法和新的解决途径。

微波信号光处理技术具有大瞬时带宽、大动态范围、高处理增益及高速并行处理能力，在电子战中的宽带波束形成、实时信号检测与分析、宽带干扰产生等方面有着广阔的应用前景[1]。利用微波信号光处理技术用于干扰信号产生，不仅可以适应很宽的信号带宽，还可直接产生高频段的射频干扰信号而不需要进行变频处理，进一步提高了干扰信号的频谱纯度和质量。为此，基于微波信号光处理技术的超宽带干扰源方面的研究[2-5]较为广泛。

1 系统设计

在对雷达的对抗和干扰中，为了实现速度欺骗干扰，干扰系统还应具备多普勒调制能力。本文基于声光移频原理实现多普勒调制。

图1为声光移频多普勒信号产生系统原理图。由图可见，频率为f0的激光功分为两路，其中一路被频率为fRF的微波信号调制后，经单边带滤波和声光移频，得到频率为f0+fRF+fD的光信号。该系统中，假设声光移频器由一个复杂波形信号sARB(t)驱动[6]：

sARB(t)=A0cos[2π(fBragg+fD)t+φn]

(1)

式中：A0为该信号的幅度；φn为初始相位；fBragg为声光晶体的布喇格频率。fRF信号通过声光移频后，实现了移频量为fD的移频：

Sshift(t)=A0cos[2π(f0+fRF+fD)t+φn]

(2)

图1 声光移频多普勒信号产生系统原理

该信号与激光器输出信号在光电探测器端混频输出的微波信号为

S(t)=A0cos[2π(fRF+fD)t+φn]

(3)

该微波信号频率为fRF+fD，系统借此实现对微波信号fRF的移频。根据fD的取值不同，可得到负移频、零移频或正移频。

2 测试结果

在上述系统中，要保证输出移频后的微波信号具有较高的杂散抑制比，关键是将信号高保真调制到光域，为此我们需要进行单边带调制。普通的马赫曾德尔型电光调制器采用的是干涉原理，只具有双边带调制、载波抑制双边带调制两种调制类型，因此，在电光调制器载波抑制调制基础上，本文加入了单通带光滤波器。从12 GHz信号的载波抑制调制和滤波信号的对比(见图2)可看出，该系统较好地产生了光学单边带信号。

图2 12 GHz信号调制滤波后的光谱图

我们测试了整个系统的频谱响应，该系统在2～20 GHz表现出较好的性能，如图3所示。受限于系统使用的电光调制器和光学滤波器的带宽，系统的最大工作频率约为25 GHz。

图3 实验系统的频谱响应图

利用该系统对单频微波脉冲信号进行速度拖引模拟测试，测量了其最小移频量及移频范围，输入的微波信号频率为18 GHz，信号功率为10 dBm。图4、5为此系统进行的±10 Hz和±1 MHz速度拖引模拟测试的结果，最小移频量可达±10 Hz，移频范围达到±1 MHz。

图4 18 GHz微波信号±10 Hz速度拖引测试结果

图5 18 GHz微波信号±1 MHz速度拖引测试结果

最后利用该系统进行雷达脉冲信号的多普勒频移模拟测试：假设雷达信号位于18 GHz频段，以速度为1 000 m/s的高空快速目标为例，根据径向多普勒频移公式fd=f·v/c(其中，f为信号频率，v为目标径向速度，c为电磁波传输速度)，对应产生的多普勒频移为60 kHz。设置信号源载波频率为18 GHz，功率设置为10 dBm，射频信号源为常规脉冲雷达信号，脉冲宽度为100 μs，脉冲重复间隔为1 000 μs。我们模拟了目标速度从1 200 m/s减小到1 000 m/s，对应多普勒频移从80 kHz减小到60 kHz，步进为1 kHz，测试结果如图6所示。该系统实现了对雷达信号的多普勒移频，能够产生雷达干扰信号。

图6 雷达脉冲信号多普勒频移模拟测试结果

3 结束语

本文提出的基于声光移频的微波信号多普勒移频技术，通过微波光子信号处理和声光移频技术，获得了一种多普勒雷达干扰信号。该系统的工作频段为2～20 GHz，速度拖引干扰信号的模拟测试显示的移频范围达到±1 MHz，最小移频量为±10 Hz。同时，模拟测试也实现了目标速度从1 200 m/s减小到1 000 m/s情况下雷达脉冲信号的多普勒频移。该方法可作为一种宽带模拟干扰源的解决方案，与低频数字干扰机相结合，广泛用于新型雷达对抗干扰系统。