關(guān)運(yùn)華，馬勝林，張 劍（.中國電子科技集團(tuán)公司 第三十四研究所，廣西桂林54004；.中國人民解放軍 空軍駐桂林地區(qū)軍事代表室，廣西桂林54004）

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一種基于光時(shí)延的目標(biāo)模擬系統(tǒng)

關(guān)運(yùn)華1，馬勝林2，張 劍2
（1.中國電子科技集團(tuán)公司 第三十四研究所，廣西桂林541004；2.中國人民解放軍 空軍駐桂林地區(qū)軍事代表室，廣西桂林541004）

介紹了一種基于光時(shí)延的目標(biāo)模擬系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過利用光纖時(shí)延矩陣、數(shù)控功率衰減器和上下混頻技術(shù)完成對(duì)源信號(hào)在時(shí)延、功率衰減及頻移上的處理，模擬產(chǎn)生包含目標(biāo)特征信息的回波信號(hào)。

光時(shí)延；回波信號(hào)；多普勒頻移

0　引言

在射頻類產(chǎn)品的研發(fā)生產(chǎn)和測(cè)試檢驗(yàn)過程中，需要進(jìn)行大量的實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證及評(píng)價(jià)其技術(shù)性能指標(biāo)是否滿足實(shí)際要求。為盡可能保障驗(yàn)收工作一次性通過，避免產(chǎn)生更高的額外成本，需要對(duì)產(chǎn)品在出廠前進(jìn)行全面的、反復(fù)的測(cè)試。目標(biāo)模擬系統(tǒng)可以較靈活地模擬包含目標(biāo)特征信息的回波信號(hào)，以此來模擬真實(shí)環(huán)境中不同距離和相對(duì)速度的目標(biāo)產(chǎn)生的回波信號(hào)，這樣能以較低代價(jià)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行仿真和測(cè)試。

1　系統(tǒng)組成

本文提出的基于光時(shí)延的目標(biāo)模擬系統(tǒng)工作在Ka波段［1］，主要由光處理部分、電處理部分和控制單元組成，系統(tǒng)框圖如圖1所示。

1.1光處理部分

系統(tǒng)使用可控光纖延遲矩陣來實(shí)現(xiàn)目標(biāo)距離的模擬，為保證高速射頻信號(hào)在光纖中的有效傳輸，需對(duì)射頻信號(hào)進(jìn)行光/電、電/光變換。

圖1　目標(biāo)模擬系統(tǒng)框圖

1.1.1光發(fā)射模塊

射頻光發(fā)射模塊完成Ka波段射頻信號(hào)到光信號(hào)的轉(zhuǎn)換，使信號(hào)在光纖中實(shí)現(xiàn)靈活的延遲控制。其工作原理框圖如圖2所示。

驅(qū)動(dòng)電流控制單元和激光器驅(qū)動(dòng)單元為激光器提供穩(wěn)定的驅(qū)動(dòng)電流，使激光器工作于最佳線性范圍。輸入的射頻電信號(hào)通過匹配單元處理后進(jìn)入激光器，在激光器內(nèi)通過電/光變換將射頻電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)。射頻光發(fā)射模塊通過背向二極管和驅(qū)動(dòng)電流反饋補(bǔ)償單元對(duì)激光器進(jìn)行反饋和控制，以此來保證輸出光功率的穩(wěn)定度。此外，射頻光發(fā)射模塊通過激光器溫度控制單元和激光器制冷單元對(duì)激光器的工作溫度進(jìn)行有效控制，使激光器始終工作于最佳線性工作區(qū)內(nèi)。

圖2　光發(fā)射模塊原理框圖

1.1.2光接收模塊

射頻光接收模塊把Ka波段射頻信號(hào)從光路上恢復(fù)出來，在電處理部分完成后續(xù)的頻移和功率衰減控制。光電探測(cè)器質(zhì)量的好壞直接影響光接收模塊的工作性能，為保證射頻光接收模塊在4～6GHz工作頻段內(nèi)的有效工作，本系統(tǒng)選用的光電探測(cè)器為PIN型射頻光電探測(cè)器，該探測(cè)器具備良好的響應(yīng)度和工作平坦度，且暗電流噪聲和倍增噪聲較低，使射頻光接收模塊電信號(hào)輸出端具備較好的信噪比。

1.1.3光延遲陣列

光延遲陣列通常可采用多個(gè)2×2光開關(guān)串聯(lián)實(shí)現(xiàn)，N個(gè)節(jié)點(diǎn)能實(shí)現(xiàn)2N-1種不同的延遲組合。由于本系統(tǒng)對(duì)模擬距離精度要求較高，經(jīng)論證后采用兩個(gè)背靠背的1×32光開關(guān)對(duì)光路進(jìn)行切換，這種并行結(jié)構(gòu)可最大限度地減小尾纖長(zhǎng)度疊加引起的附加延遲。

1.2電處理部分

為兼顧系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性，先將Ka波段的射頻信號(hào)下變頻至6GHz后進(jìn)行電/光轉(zhuǎn)換，恢復(fù)出來的電信號(hào)在上變頻過程中實(shí)現(xiàn)頻移控制，功率衰減在末端完成，如圖3所示。

圖3　電處理部分框圖

下混頻實(shí)現(xiàn)高頻Ka波段信號(hào)到中頻的轉(zhuǎn)換，采用定頻率本振源，混頻器輸出中頻信號(hào)通過濾波、放大及穩(wěn)幅后輸出送到光處理部分［2］。信號(hào)在Ka頻段頻率高，波長(zhǎng)短，器件體積小。這里選用一款商用毫米波混頻器，它的最高工作頻率可支持40GHz，中頻最高頻率為18GHz，本振電平為+13dBm，本振抑制大于35dB，可滿足本系統(tǒng)的要求。本振源模塊需要給上、下混頻器提供本振信號(hào)，實(shí)現(xiàn)多普勒頻移功能。這里采用L波段頻率源和Ku點(diǎn)頻源混頻后再以倍頻的方式產(chǎn)生本系統(tǒng)需要的本振源。上混頻電路主要實(shí)現(xiàn)信號(hào)從中頻到Ka頻段的轉(zhuǎn)換，并實(shí)現(xiàn)多普勒頻移。上變頻器采用的跳頻本振源，具備輸出信號(hào)頻率可調(diào)功能，可以實(shí)現(xiàn)30～500kHz范圍的頻率調(diào)節(jié)，以此實(shí)現(xiàn)多普勒頻移的功能。功率控制部分放在最后階段，本系統(tǒng)用數(shù)控衰減器對(duì)功率幅度進(jìn)行精細(xì)控制。

1.3控制單元

控制單元負(fù)責(zé)對(duì)各單元模塊進(jìn)行控制和管理，同時(shí)提供本地和遠(yuǎn)程控制接口。系統(tǒng)前面板有液晶顯示屏和按鍵，屏幕可顯示設(shè)備的當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)，按鍵控制區(qū)用來設(shè)置延時(shí)、多普勒頻移和輸出信號(hào)電平。本系統(tǒng)還提供遠(yuǎn)程控制接口，通過web或串口命令實(shí)現(xiàn)測(cè)試參數(shù)設(shè)置；配以PC端應(yīng)用程序，還能預(yù)設(shè)測(cè)試任務(wù)流程，實(shí)現(xiàn)一體化測(cè)試。

2　樣機(jī)使用情況

該目標(biāo)模擬系統(tǒng)已經(jīng)完成樣機(jī)的生產(chǎn)并已投入使用。樣機(jī)側(cè)重于實(shí)現(xiàn)近距離的真時(shí)延模擬，可實(shí)現(xiàn)5～61m目標(biāo)回波信號(hào)的時(shí)延效果，短距模擬精度高于0.2m。在功率衰減上可實(shí)現(xiàn)-10～30dBm的Ka信號(hào)輸入，-80～-20dBm信號(hào)輸出。衰減步長(zhǎng)為5dB，精度為1dB。多普勒頻移模擬范圍為30～500kHz，步長(zhǎng)為2kHz，精度為500Hz。系統(tǒng)經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的使用驗(yàn)證，可滿足絕大部分目標(biāo)回波的模擬。

3　結(jié)束語

該基于光時(shí)延的目標(biāo)模擬系統(tǒng)外輪廓尺寸為476mm×500mm×120mm，重量小于10kg，便于搬移，抗干擾能力強(qiáng)，有效解決了外場(chǎng)實(shí)驗(yàn)中模擬系統(tǒng)機(jī)動(dòng)性差和易受復(fù)雜電磁干擾的問題。另外系統(tǒng)樣機(jī)研制時(shí)采用模塊化設(shè)計(jì)并考慮了可擴(kuò)展性，為將來開發(fā)系列化的同類產(chǎn)品做好了準(zhǔn)備。

［1］LIANG Dong.Research on Optical Microwave Frequency Conversion by Cascade Intensity Modulators in RoF System［D］.Xi'an：Xidian University，2013：1-65.

［2］趙正平.固態(tài)微波毫米波、太赫茲器件與電路的新進(jìn)展［J］.半導(dǎo)體技術(shù)，2012，37（1）：1-8.

Target simulation system based on optical time-delay

GUAG Yun-hua1，MA Sheng-lin2，ZHANG Jian2
（1.The 34th Research Institute of CETC，Guilin Guangxi 541004，China；2.PLA Air Force stationed in Guilin Area Military Representative Office，Guilin Guangxi 541004，China）

The paper introduced a target simulation system that based on optical time-delay，by using the optical fiber delay matrix，the numerical control attenuator and the up and down mixing technology，this system completed the processing of the source signal in the time delay，power attenuation and frequency shift，the simulation results in the echo signal containing the feature information of the target.

optical time-delay，echo signal，doppler shift

TN929.11

A

1002-5561（2016）06-0032-02

10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2016.06.009

2016-03-25。

關(guān)運(yùn)華（1979-），男，工程師，從事光通信技術(shù)方面的工作。