Устройство определения доплеровского измерения частоты отраженного радиолокационного сигнала
Владельцы патента RU 2774410:
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" (RU)
Устройство относится к измерительной технике и может быть использовано в радиолокации и радиофотонике. Техническим результатом является снижение погрешности определения доплеровского измерения частоты. Заявленное устройство определения доплеровского измерения частоты отраженного радиолокационного сигнала содержит лазер, оптический разъединитель, блок электрооптических модуляторов, волоконную брэгговскую решетку, оптический объединитель и фотодетектор, электронный векторный анализатор цепей. Блок электрооптических модуляторов состоит из последовательно включенных однопортовых амплитудного и фазового модуляторов. В устройство введен дополнительный блок электрооптических модуляторов, состоящий из последовательно включенных однопортовых амплитудного и фазового модуляторов. 2 ил.
Устройство относится к измерительной технике и может быть использовано в радиолокации и радиофотонике.
Известно устройство, описанное в статье (Lu B., Pan W., Zou X., Yan X., Tan L., and Luo B. Opt. Lett. 2015. Vol. 40(10). pp. 2321-2324). В данной статье предложено измерять ДИЧ на основе двух каскадных амплитудных электрооптических модуляторов Маха-Цендера. Недостатком указанного устройства является сложность конструкции.
Наиболее близким аналогом является устройство, описанное в статье (Huang C., Chen H., and Chan E.H.W. Simple photonics-based system for Doppler frequency shift and angle of arrival measurement // Optics Express. 2020. Vol. 28(9). pp. 14028-14037). Непрерывное излучение лазера попадает в блок электроптических модуляторов на основе двух параллельных двухпортовых модуляторов Маха-Цендера. Измерительный канал образован первым субблоком, второй субблок формирует опорный канал и управляется зондирующим каналом. Выходная частота сигнала опорного канала должна быть больше суммы частоты зондирующего сигнала и дввое больше абсолютного значения максимально возможной. Недостатком указанного устройства является погрешность определения доплеровского измерителя частоты за счет появления биений между информативными частотами.
Техническим результатом, на достижение которого направлено данное устройство, является снижения погрешности определения доплеровского измерения частоты.
Технический результат достигается тем, что блок электрооптических модуляторов состоит из последовательно включенных однопортовых амплитудного и фазового модуляторов, введен дополнительный блок электрооптических модуляторов, состоящий из последовательно включенных однопортовых амплитудного и фазового модуляторов.
Устройство изображено на фиг. 1, где
1 - лазер
2 - оптический разъединитель
3 - блок электрооптических модуляторов (тандемные однопортовые амплитудный и фазовый модулятор - ТАФМ)
4 - оптический объединитель
5 - фотодетектор
6 - волоконная брэгговская решетка
7 - электронныый векторный анализатор цепей.
Отраженный сигнал в измерительном канале, принимаемый антенной, подключенный к радиочастотному входу тандемному амплитудно-фазовому модулятору формирует на его выходе электрическое поле.
, (1)
где Ein - амплитуда электрического поля лазерного излучения, попадающего в субблоки ТАФМ, αi - потери, вносимые одним субблоком ТАФМ, J1(mS,φS) - функция Бесселя первого порядка первого рода, mS и φS - параметры амплитудного и фазового преобразования в ТАФМ, зависящие от амплитуды отраженного сигнала.
Опорный сигнал с частотой fp подается на входной радиочастотный порт тандемного амплитудно-фазового модулятора 2. На радиочастотный порт ТАФМ3 подается сигнал с частотой максимального ДИЧ fD = 2 МГц. Электрическое поле на выходе ТАФМ 3 имеет следующий вид:
(2)
где J1(mP,D,φP,D) - функция Бесселя первого порядка первого рода, mP,D и φP,D - оптимальные параметры амплитудного и фазового преобразования сигналов на частотах 
и 
в ТАФМ2 и ТАФМ3.
Выходной оптический сигнал с блока ТАФМ поступает на фазовый детектор, который генерирует фототок. Биения сигналов от измерительного и опорного каналов в спектре фототока формируются сигналами на частотах 
±
, ±(
) и ±(
), что показано на фиг. 2 для случая 
=
.
При использовании широкополосного ФД определение частоты ДИЧ 
осуществляется по параметрам огибающих биений на удвоенных частотах 2(), 2, 2() и по их мощностям 
, 
и 
соответственно, полученным после преобразования «частота-амплитуда» в ВБР-фильтре и на выходе ФД. Данные огибающие представляют собой квазипериодические колебания с коэффициентом амплитудной модуляции, равным 1. При 
частота ДИЧ меньше зондирующей, следовательно объект движется от наблюдателя, при 
- к наблюдателю. Величина определяется как обратное преобразование «мощность-амплитуда-частота» по известной частотной характеристике склона ВБР-фильтра.
При анализе выходного сигнала измерителя ДИЧ без использования ЭВАЦ, а с применения метода поиска трех неизвестных частот и амплитуд, лежащих на одной монотонной кривой (в идеале - прямой), погрешность измерения ДИЧ при погрешности определения амплитуд информативных компонент в 0,01% и 0,001% от полного диапазона измерений не превышает 10-3 и 10-4. Соответственно, при работе с узкополосным устройством цифровой обработки сигнала погрешность измерения скорости движения объекта оценочно может быть улучшена еще на порядок.
Устройство определения доплеровского измерения частоты отраженного радиолокационного сигнала, содержащее лазер, оптический разъединитель, блок электрооптических модуляторов, волоконную брэгговскую решетку, оптический объединитель и фотодетектор, электронный векторный анализатор цепей, отличающееся тем, что блок электрооптических модуляторов состоит из последовательно включенных однопортовых амплитудного и фазового модуляторов, введен дополнительный блок электрооптических модуляторов, состоящий из последовательно включенных однопортовых амплитудного и фазового модуляторов.
