Радиофотонный измеритель угла прихода и доплеровского сдвига частоты радиосигнала на амплитудных модуляторах Маха --- Цендера

Аннотация

Предложена фотонная схема одновременного измерения угла прихода и доплеровского сдвига частоты узкополосного радиосигнала, основанная на применении широко распространенных амплитудных модуляторов Маха --- Цендера и отличающаяся высоким подавлением несущей и отсутствием второй гармоники информационного сигнала. Измеритель построен на дискретной оптоэлектронной элементной базе, т. е. лазере, двух параллельно включенных амплитудных модуляторах Маха --- Цендера (двойном параллельном и одинарном), разветвителях оптического сигнала и фотодетекторе. Для компенсации неидеальной разности фаз оптических сигналов в параллельных каналах модуляторов в измеритель вводится двухканальный Y-образный интегрально-оптический разветвитель с электрооптическим модулятором. Радиосигнал, приходящий от движущегося лоцируемого объекта, и опорный СВЧ-сигнал истинной частоты подаются на входы модуляторов так, что на фотодетекторе выделяется электрический сигнал биений первых боковых гармоник оптических несущих от модуляторов. По частоте электрического сигнала определяется доплеровский сдвиг частоты, а по мощности--- угол прихода. Приведена новая аналитическая модель фотонного измерителя, которая учитывает конечное значение экстинкции модуляторов. Предложена методика калибровки измерителя по разности фаз оптических сигналов от параллельно включенных модуляторов и по уровню мощности низкочастотного электрического сигнала. Аналитически получено условие, при котором измеритель с неидеальной контрастностью двойного параллельного амплитудного модулятора Маха --- Цендера может иметь измерительную характеристику, аналогичную случаю идеальных параметров. Приведены результаты моделирования исследуемой схемы в САПР, а также экспериментально полученные результаты на упрощенной модели макета измерителя

Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:

Михалицын Е.А., Кузнецов А.А. Радиофотонный измеритель угла прихода и доплеровского сдвига частоты радиосигнала на амплитудных модуляторах Маха --- Цендера. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Приборостроение, 2024, № 3 (148), с. 42--58. EDN: KMGKED

Литература

[1] Рембовский А.М. Радиомониторинг: задачи, методы и средства. М., Горячая линия-Телеком, 2019.

[2] Слатин В.В. Новые сферы приложения пассивной радиолокации. Авиационные системы, 2015, № 2, c. 2--16. EDN: TKZJMT

[3] Белов В.И. Теория фазовых измерительных систем. Томск, ТУСУР, 2007.

[4] Денисов В.П., Дубинин Д.В., Крутиков М.В. и др. Исследование работы фазового пеленгатора с квазиоптимальным устранением неоднозначности на наземных трассах. Доклады ТУСУР, 2011, № 2-1, с. 7--15. EDN: OPMAYJ

[5] Губаренко М.А. Устранение неоднозначности фазовых измерений. Проблемы современной науки и образования, 2014, № 11, c. 18--19. EDN: TEXUVH

[6] Порубов Г.Г., Денисов В.П. Методика расчета антенных структур многобазовых фазовых пеленгаторов. Доклады ТУСУР, 2015, № 3, с. 25--32. EDN: VKPZWB

[7] Денисов В.П., Дубинин Д.В., Ерофеев Д.В. Вопросы разрешающей способности фазовых радиопеленгаторов с антенными системами в виде линейных решеток. Доклады ТУСУР, 2017, № 4, с. 11--16. DOI: https://doi.org/10.21293/1818-0442-2017-20-4-11-16

[8] Денисов В.П., Дубинин Д.В. Фазовые радиопеленгаторы. Томск, ТУСУР, 2002.

[9] Pan S., Yao J. Photonics-based broad band microwave measurement. J. Light. Technol., 2017, vol. 35, no. 16, pp. 3498--3513. DOI: https://doi.org/10.1109/JLT.2016.2587580

[10] Minasian R.A., Chan E.H.W., Yi X. Microwave photonic signal processing. Opt. Express, 2013, vol. 21, no. 19, pp. 22918--22936. DOI: https://doi.org/10.1364/OE.21.022918

[11] Tang Z., Pan S. Simultaneous measurement of Doppler-frequency-shift and angle of arrival of microwave signals for automotive radars. MWP, 2019. DOI: https://doi.org/10.1109/MWP.2019.8892211

[12] Chen H., Chan E.H.W. Angle of arrival measurement system using double RF modulation technique. IEEE Photonics J., 2019, vol. 11, no. 1, art. 7200110. DOI: https://doi.org/10.1109/JPHOT.2018.2884726

[13] Huang C., Chan E.H.W. Multichannel microwave photonic based direction finding system. Opt. Express, 2020, vol. 28, no. 17, pp. 25346--25357. DOI: https://doi.org/10.1364/OE.397968

[14] Huang C., Chen H., Chan E.H.W. Simple photonics-based system for Doppler frequency shift and angle of arrival measurement. Opt. Express, 2020, vol. 28, no. 9, pp. 14028--14037. DOI: https://doi.org/10.1364/OE.389439

[15] Zhuo H., Wen A. A photonic approach for Doppler-frequency-shift and angle of arrival measurement without direction ambiguity. J. Light. Technol., 2021, vol. 39, no. 6, pp. 1688--1695. DOI: https://doi.org/10.1109/JLT.2020.3042272

[16] Meng Q., Lin T., Zhu Z., et al. Photonics-based simultaneous DFS and AOA measurement system without direction ambiguity. Micromachines, 2023, vol. 14, no. 2, art. 457. DOI: https://doi.org/10.3390/mi14020457

[17] Li G., Shi D., Wang L., et al. Photonic system for simultaneous and unambiguous measurement of angle of arrival and Doppler-frequency-shift. J. Light. Technol., 2022, vol. 40, no. 8, pp. 2321--2328. DOI: https://doi.org/10.1109/JLT.2022.3142386

[18] Li G., Meng X., Wang L., et al. Simultaneous and unambiguous identification of DFS and AOA without dependence on echo signal power. Opt. Lett., 2023, vol. 48, no. 4, pp. 1028--1031. DOI: https://doi.org/10.1364/OL.482996

[19] Meng Q., Lin T., Zhu Z., et al. Photonic measurement for Doppler frequency shift and angle of arrival based on a dual-polarization dual-drive Mach --- Zehnder modulator. Photonics, 2022, vol. 9, no. 9, art. 666. DOI: https://doi.org/10.3390/photonics9090666

[20] Li P., Yan L., Ye J., et al. Photonic approach for simultaneous measurements of Doppler-frequency-shift and angle of arrival of microwave signals. Opt. Express, 2019, vol. 27, no. 6, pp. 8709--8716. DOI: https://doi.org/10.1364/OE.27.008709

[21] Chen H., Chan E.H.W. Technique to eliminate RF signal amplitude dependence in AOA measurement. Electron. Lett., 2020, vol. 56, no. 5, pp. 243--244. DOI: https://doi.org/10.1049/el.2019.3273

[22] Ильичев И.В., Агрузов П.М., Шамрай А.В. Интегрально-оптический модулятор для волоконно-оптического гироскопа. Патент РФ 166908. Заявл. 28.06.2016, опубл. 10.12.2016.

[23] Михалицын Е.А. Радиофотонный фазовый пеленгатор с измерителем доплеровского сдвига частоты радиосигнала. Математические методы в технологиях и технике, 2023, № 6, с. 52--56. EDN: CEPTDG