一种基于光电技术的多站时差接收机

摘 要本文通过采用光电调制和解调技术，利用光纤损耗小，并可同时携带多种波长激光的优点，提出了一种基于光电技术的多站时差接收机的设计方法，并实现了原理样机。该接收机具有对电磁干扰不敏感，防辐射能力强，子站布站方便，功耗低，时差测量精度高等优点。

【关键词】光电复用技术 多站时差接收

1 引言

随着光电技术，尤其是光调制解调和微波光子学的发展，在光纤中复用多路光波长传输微波的方法获得了广泛的应用。本文将光电复用技术应用于多站时差接收机的设计，使用光纤连接前端和总站，采用微波光电复用实现前端和总站之间微波信号传输与定标，获得了布站灵活，时差测量精度高，电磁兼容性强，成本相对低廉的光电接收机系统。具有很强的社会效应和市场价值。在机场Ⅲ级综合交通监视与引导系统，即MLAT多点定位系统中有较强的应用前景。

2 系统设计与实现

基于光电技术的分布式时差接收机结构原理图如图1所示。如图1所示，该接收机由12个分布式接收前端，一个数据接收和处理总站，以及传输光缆组成。以1号接收前端为例，主要由耦合器、光调制器、光解调器、光波分复用器，各接收前端的结构完全相同。集中式接收与处理主站由12个接收后端、A/D与时间测量、脉冲调制定标源和基准与采样时钟组成，每个接收后端对应一个接收前端。以1号接收后端为例，由光复用器、光调制器、光解调器和对数检波器组成，各接收后端结构相同。接收前端和相应的接收后端构成一条接收链路。其中，接收前端中光调制器的工作波长为1550nm，光解调器的工作波长为1310nm；接收前端中光解调器的工作波长为1550nm，光调制器的工作波长为1310nm；传输光缆内的光纤为标准单模光纤，截止波长为1200nm。整个接收机的射频工作频率为1090MHz。图二分别是总站，一个接收前端和传输光缆的实物照片。

3 工作过程

该接收机工作时，由各接收前端接收频率为1090MHz的电信号，通过耦合器传送到光调制器，转换为波长为1550nm的光信号，该光信号通过光复用器送到传输光纤，光信号到达相应接收后端中的波分复用器，被送至光解调器进行光电解调，把光信号恢复为频率为1090MHz的电信号，然后由对数检波器对该电信号进行检波，获得脉冲信号并送到A/D与时间测量器。在实际应用中，可通过对来自不同接收前端的信号到达前沿时间进行分析、计算，获取目标空间位置等信息。基准与采样时钟为A/D与时间测量提供采样时钟。

此外，由于不同的接收链路对回波时间测量存在一定的误差，该接收机还提供了校准方法。集中式接收与处理主站中的基准与采样时钟为脉冲调制定标源提供基准时钟，产生一串载频与工作频率相同的脉冲信号源，分成12路，分别送至12个接收后端。以其中一路为例，定标信号由光调制器变换成波长为1310nm的光信号，经光复用器由传输光纤送至相应接收前端。光复用器将激光送到光解调器，将该光信号恢复成定标电信号送至耦合器耦合进入耦合器公共端，该信号经由探测模式下相同的路径，最后在A/D与时间测量模块中对通道时间测量误差进行定标。

4 工作结果

我们对接收机的各项指标进行了测试，12个接收前端内的光调制器在无调制情况下输出的光波长为均约为1550nm，光功率均值为5.5dBm，起伏约为0.25dBm；12个接收后端内的光调制器在无调制情况下输出的光波长为均约为1310nm，光功率均值为6dBm，起伏约为0.25dBm。光缆损耗经标定为1dB/km，这一损耗包含了光缆接头的损耗。从上述指标可以看出，系统的光路一致性良好。

在测试过程中我们重点关注光纤延迟对射频信号传输的影响。图4为光缆长度为5 km时测得的信号延迟。图中的黄线表示信号源发出的脉冲信号经对数检波之后的波形，信号脉冲宽度为10us，脉冲重复周期为1s，载频频率为1090MHz；红线为经电光-光电变换和对数检波后的信号。经验估计5km的光缆延时在25us左右，实际测得的延迟为23.3us，与估计基本相符。同时，经过长距离传输和变换后，信号的波形并未发生大的畸变。

在光缆传输长度均为2km的情况下我们以12条链路的延迟时间不一致性，此时延迟时间约为10 us。测试结果表明，12条链路的延迟时间不一致的均值约为6.86ns，最大值为12.94ns，最小值为5.31ns。

5 结束语

本文提出了一种基于光电技术的多站时差接收机的设计方法。系统采用光纤在总站和各接收子站中高速传输电信号，远程、低损传输微波信号；由于光纤传输多波长激光的能力，该系统可以方便的进行自校正功能，最终获得了时差测量精度高，电磁兼容性强，成本相对低廉的基于光电技术的分布式时差接收机系统样机。这一系统典型应用于无源探测雷达，如机场综合交通与引导雷达系统。

参考文献

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[2]Lin Chen，Hong Wen，Shuangchun Wen， A Radio-Over-Fiber System With a Novel Scheme for Millimeter-Wave Generation and Wavelength Reuse for Up-Link Connection[J].Photonics Technology Letters，IEEE，2006，18（19）：2056-2058.

[3]SJ-T-10205-91_空中交通管制机场监视一次雷达通用技术条件.

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