基于微波光子倍频与去斜接收的宽带阵列雷达 （特邀）

微波光子雷达利用光子学方法实现雷达信号的产生与处理,具有突出的宽带工作能力,能显著提升雷达距离分辨率。为了提升雷达角度分辨能力并实现灵活波束控制,将微波光子雷达技术与阵列技术相结合是必然的发展趋势。目前研究较多的宽带阵列雷达采用光真延时技术克服宽带波束倾斜问题,通常面临复杂度高、灵活性差、延时精度有限等问题。近年来,基于微波光子倍频与去斜接收的宽带雷达收发架构得到了广泛关注,基于此技术构建的阵列雷达,在实现宽带工作的同时具备实时数字补偿与处理功能,为宽带阵列雷达的发展提供了新的思路。文中针对作者在此方面的最新研究进展进行了综述,在阐明基于微波光子倍频与去斜接收实现宽带雷达收发机理的基础上,介绍了构建宽带相控阵雷达的方法以及实现数字波束扫描与成像的性能。然后,将阵列形式扩展至多输入多输出（MIMO）形式,介绍了基于光波分复用技术实现宽带微波光子MIMO雷达的方法,并分析了微波光子MIMO雷达在目标探测与成像方面的性能。     

光学微腔在微波光子雷达系统中的应用

微波光子雷达通过光子技术辅助可突破传统电子技术瓶颈,实现光子系统集成化是未来微波光子雷达的必然发展趋势。具有超高品质因子的光学微腔得益于其独特的线性和非线性光学特性,可在极小的体积内实现宽带微波信号的光域调控,是集成微波光子雷达系统的关键核心元件,在微波光子滤波、光生微波信号、光子辅助信道化接收和光控波束形成等系统功能单元中都具有重要的应用价值,并且在未来太赫兹雷达、激光雷达等系统中也具有广阔的应用前景。     

微波光子雷达逆合成孔径成像

微波光子逆合成孔径成像雷达,发挥光子大带宽、低传输损耗、抗电磁干扰等优势,可以提升成像分辨率,并有助于构建分布式阵列雷达,实现精确的三维成像。本文介绍了中国科学院空天信息创新研究院在微波光子雷达逆合成孔径成像方面的成果。首先,搭建了微波光子雷达,基于光子倍频技术产生宽带雷达信号,基于光子去斜处理进行回波信号接收,系统工作在Ku波段,带宽600MHz,实现了对暗室内合作目标和外场非合作目标的二维ISAR成像。在此基础上,结合光射频传输技术和波分复用技术,搭建一发多收的微波光子光纤分布式阵列雷达,在实验室内实现了对3个角反射器的精确三维成像。上述试验结果验证了微波光子技术应用于雷达成像领域的可行性和提升系统关键性能的潜力。     

异质集成微波光子器件发展现状

微波光子学利用光子技术实现微波信号的产生、传输、处理及控制,可突破传统微波技术在带宽、传输损耗和抗电磁干扰等方面的瓶颈,提升雷达、电子战等信息系统的综合性能.激光器、电光调制器和光电探测器是微波光子技术中的三种核心光电子器件,其性能对微波光子链路的噪声和动态等指标具有决定性的影响,但基于分立器件的微波光子系统体积、重量较大,难以满足雷达、电子战等系统的阵列化需求,硅基异质集成技术以及高密度低损耗片上光传输互连技术是解决有源器件集成和无源器件集成的关键技术.文章介绍了用于微波光子的硅基激光器、电光调制器、光电探测器和波导的异质集成技术的发展现状,并探讨了集成微波光子技术的发展趋势.     

跨代雷达微波光子技术：机遇与挑战

本文阐述了跨代雷达技术发展趋势以及五代雷达应具备的阵列化、宽带化、网络化、综合化、智能化等典型特征,总结了微波光子的技术优势以及在跨代雷达典型应用场景中可为系统提供的效能增量。文中重点分析了当前微波光子技术在链路性能、集成度、阵列化、工程化等方面面向光子雷达实际应用所需要解决的主要问题,并分别阐述了解决这些问题的基本思路和方法。最后给出了相干光新体制的基于光子集成的未来全光雷达系统的基本架构、实现方法与技术发展建议。     

面向雷达应用的微波光子处理技术浅析与发展思考

微波光子处理技术是指利用光子学的手段完成微波信号的混频、倍频、滤波、移相、延时和模数转换等操作,是支持下一代雷达系统发展的关键技术之一。文章通过分析微波光子技术在微波信号处理方面的优势,探讨了在雷达系统中应用微波光子处理技术的多种方式,并基于未来雷达系统处理能力的需求,从与光计算相融合的角度展望了微波光子处理技术的未来发展。     

数字阵列雷达的发展与构想

雷达阵列技术的不断进步促进了数字阵列雷达的诞生与发展。对数字化雷达演进及其发展进行了评述,详细分析了数字阵列雷达的系统结构、典型特点、性能优势、演进过程和发展现状。最后,提出了数字阵列雷达未来发展的构架。未来数字阵列雷达将由高度集成的微波子系统加高性能的运算处理平台组成。随着技术的不断进步,未来数字阵列雷达必将朝着通用、灵活、高性能、低成本方向快速发展。     

光域微波信号缓存的关键技术研究

随着雷达、技侦、通信等无线电设备的瞬时工作带宽不断拓展,现有的数字储频（DRFM）技术难以满足现代电子战的要求。然而微波光子技术具有的超大带宽、超低损耗、抗电磁干扰等优秀特性,可很好地提升电子战装备的性能。本文提出了利用微波光子技术在光域内实现微波信号的缓存方法,用于大幅拓展现有数字储频技术的瞬时工作带宽、减小体积功耗、提升抗电磁干扰能力。针对电光调制、超高速光开关等关键技术进行了详细设计,并利用Matlab进行相关技术仿真,搭建了光域微波信号缓存试验系统,对其关键指标进行了验证。     

微波光子集成芯片技术

微波光子集成芯片技术是微波光子雷达的重要支撑技术,不仅可以实现器件的多功能化,缩小微波光子雷达的体积,还可以大大提升微波光子雷达的稳定性与可靠性。该文介绍了目前常用的InP基、Si基和铌酸锂基等材料体系及其异质异构集成的光子集成芯片技术和可用于微波光子混合集成的光电集成芯片技术,并展望了未来发展趋势。      

基于微波光子时间拉伸的雷达多普勒干扰信号产生技术研究

基于传统数字射频存储的多普勒雷达干扰信号产生技术被证实为一种有效的方案,能够通过数字域存储雷达信号,并调制产生一定的频率偏移量,达到欺骗雷达的目的。此外,基于光学射频存储的雷达干扰信号产生技术虽然能够保留雷达信号的指纹信息,但无法产生预定的多普勒调制。文章提出了一种基于微波光子时间拉伸效应的多普勒雷达干扰信号产生技术,在光学射频存储的基础上,通过微波光子时间拉伸效应,在调制到光域的雷达脉冲信号中加入一定量的多普勒频移,达到对雷达速度欺骗的效果。并且对该项技术开展了仿真工作,验证了该方案的可行性和实现效果。     

数字图像法测量光纤端面几何参数

基于数字图像处理的方法对光纤端面的几何参数进行自动测量，具有处理速度快、测量精度高以及不过于依赖操作水平的优点。利用数字图像处理技术对各种光纤端面图像进行分析并进行必要的数字图像处理；针对不同光纤端面的特点，建立相应的数学物理模型，计算出各种待测光纤的几何参数；并用Matlab7．0软件设计出简单方便且功能完善的光纤端面几何参数测量软件系统。     

宽带多载波微波光链路多源非线性数字补偿方法

随着数据通信容量需求的不断增长，微波光子技术在未来宽带卫星通信发展中具有良好的应用潜力。针对宽带多载波微波光链路系统中多种非线性失真共存问题，提出了一种数字线性化方法，通过在数字域进行非线性失真算法补偿，实现了系统多载波射频信号的互调非线性失真、三阶交调非线性失真的共同抑制。实验证明了所提方法的有效性。     

光子晶体光纤

光子晶体光纤在光纤的几何结构、模式特性、色散及双折射性质等方面完全不同于传统的光纤。为此介绍了光子晶体光纤的一些重要特性、制作工艺和应用前景。     

光子晶体器件的研究进展及前景

光子晶体器件是近年来迅速发展起来的一类微纳器件,可以操控光子的运动行为,并具有损耗极低、体积小、易集成的优点。本文综合论述了光子晶体器件的几种主要设计方法的优缺点、指出了加工制作中的技术难点所在,还介绍了两种常用的耦合技术,最后对光子晶体的未来作了展望。     

光学新技术

介绍了新型光学技术。引入新的光学概念 :光子晶体 ,光子能带以及光子晶体制造技术     

半导体光子晶体激光器的研究进展

半导体光子晶体激光器已成为当今世界范围内的一个研究热点.简述了光子晶体的物理特性对优化半导体激光器的贡献,介绍了几种类型光子晶体激光器,详细阐述了器件的工作原理,并展望了光子晶体激光器的潜在应用前景.     

入射角对光子晶体杂质模的调制

运用光在分层介质中传播的特征矩阵方法,通过数值计算,研究了掺杂一维光子晶体中光子禁带及杂质模的特性随不同偏振光及入射角的变化。研究结果表明,杂质模的中心波长及整个光子禁带随入射角的增加逐渐向短波方向移动,P偏振光和S偏振光的杂质模的移动情况基本一致。但是,禁带宽度、杂质模的带宽及Q值随着入射角的增加有明显变化。P偏振光的禁带宽度随入射角增加逐渐减少,而S偏振光的禁带宽度随入射角增加先不变后增加。P偏振光的杂质模的带宽先随入射角增大逐渐增宽,入射角大于67°之后又逐渐减小,而S偏振光的杂质模的带宽随入射角增加先减小然后略有增加,Q值也发生相应变化。     

掺杂一维光子晶体的杂质态

阐述了无缺陷光子晶体与掺杂光子晶体的结构,用光学特征矩阵方法,通过数值模拟计算具体讨论了一维光子晶体的一个实例。计算结果表明,掺杂光子晶体的禁带出现了极窄的、高透射率的尖峰,即光子杂质态,类似于半导体材料中的杂质能级。杂质层的引入增宽了原来光子禁带的宽度,杂质态的特征与杂质层的光学厚度、折射率及在晶体中的位置等因素有关。     

二维复周期光子晶体的带隙结构

提出了由二维六边形结构和三角结构叠合构成的复周期光子晶体 ,利用平面波展开法计算了由空气中的介质圆柱棒组成的该复周期光子晶体的带结构。结果表明二维六边形结构和三角结构叠合构成的复周期结构的光子晶体可以形成很宽的TE波光子带隙 ,并且具有较宽的TE波和TM波带隙重叠的绝对光子带隙     

光子晶体在宽频天线中的应用

本文提出了一种应用于宽频螺旋天线的类蜂窝结构的光子晶体平面反射腔,相较于普通的吸收式反射腔,蜂窝光子晶格单元光子晶体反射腔体的反射效果虽不是很稳定,但是在一定频段里取得了较好的反射效果,可获得较大的增益,在某些频段可实现大于10dbi 的增益值。