一种基于光时延的目标模拟系统

关运华，马胜林，张 剑（.中国电子科技集团公司 第三十四研究所，广西桂林54004；.中国人民解放军 空军驻桂林地区军事代表室，广西桂林54004）



中文核心期刊

一种基于光时延的目标模拟系统

关运华1，马胜林2，张 剑2
（1.中国电子科技集团公司 第三十四研究所，广西桂林541004；2.中国人民解放军 空军驻桂林地区军事代表室，广西桂林541004）

介绍了一种基于光时延的目标模拟系统，该系统通过利用光纤时延矩阵、数控功率衰减器和上下混频技术完成对源信号在时延、功率衰减及频移上的处理，模拟产生包含目标特征信息的回波信号。

光时延；回波信号；多普勒频移

0　引言

在射频类产品的研发生产和测试检验过程中，需要进行大量的实验来验证及评价其技术性能指标是否满足实际要求。为尽可能保障验收工作一次性通过，避免产生更高的额外成本，需要对产品在出厂前进行全面的、反复的测试。目标模拟系统可以较灵活地模拟包含目标特征信息的回波信号，以此来模拟真实环境中不同距离和相对速度的目标产生的回波信号，这样能以较低代价对产品进行仿真和测试。

1　系统组成

本文提出的基于光时延的目标模拟系统工作在Ka波段［1］，主要由光处理部分、电处理部分和控制单元组成，系统框图如图1所示。

1.1光处理部分

系统使用可控光纤延迟矩阵来实现目标距离的模拟，为保证高速射频信号在光纤中的有效传输，需对射频信号进行光/电、电/光变换。

图1　目标模拟系统框图

1.1.1光发射模块

射频光发射模块完成Ka波段射频信号到光信号的转换，使信号在光纤中实现灵活的延迟控制。其工作原理框图如图2所示。

驱动电流控制单元和激光器驱动单元为激光器提供稳定的驱动电流，使激光器工作于最佳线性范围。输入的射频电信号通过匹配单元处理后进入激光器，在激光器内通过电/光变换将射频电信号转换为光信号。射频光发射模块通过背向二极管和驱动电流反馈补偿单元对激光器进行反馈和控制，以此来保证输出光功率的稳定度。此外，射频光发射模块通过激光器温度控制单元和激光器制冷单元对激光器的工作温度进行有效控制，使激光器始终工作于最佳线性工作区内。

图2　光发射模块原理框图

1.1.2光接收模块

射频光接收模块把Ka波段射频信号从光路上恢复出来，在电处理部分完成后续的频移和功率衰减控制。光电探测器质量的好坏直接影响光接收模块的工作性能，为保证射频光接收模块在4～6GHz工作频段内的有效工作，本系统选用的光电探测器为PIN型射频光电探测器，该探测器具备良好的响应度和工作平坦度，且暗电流噪声和倍增噪声较低，使射频光接收模块电信号输出端具备较好的信噪比。

1.1.3光延迟阵列

光延迟阵列通常可采用多个2×2光开关串联实现，N个节点能实现2N-1种不同的延迟组合。由于本系统对模拟距离精度要求较高，经论证后采用两个背靠背的1×32光开关对光路进行切换，这种并行结构可最大限度地减小尾纤长度叠加引起的附加延迟。

1.2电处理部分

为兼顾系统的经济性和稳定性，先将Ka波段的射频信号下变频至6GHz后进行电/光转换，恢复出来的电信号在上变频过程中实现频移控制，功率衰减在末端完成，如图3所示。

图3　电处理部分框图

下混频实现高频Ka波段信号到中频的转换，采用定频率本振源，混频器输出中频信号通过滤波、放大及稳幅后输出送到光处理部分［2］。信号在Ka频段频率高，波长短，器件体积小。这里选用一款商用毫米波混频器，它的最高工作频率可支持40GHz，中频最高频率为18GHz，本振电平为+13dBm，本振抑制大于35dB，可满足本系统的要求。本振源模块需要给上、下混频器提供本振信号，实现多普勒频移功能。这里采用L波段频率源和Ku点频源混频后再以倍频的方式产生本系统需要的本振源。上混频电路主要实现信号从中频到Ka频段的转换，并实现多普勒频移。上变频器采用的跳频本振源，具备输出信号频率可调功能，可以实现30～500kHz范围的频率调节，以此实现多普勒频移的功能。功率控制部分放在最后阶段，本系统用数控衰减器对功率幅度进行精细控制。

1.3控制单元

控制单元负责对各单元模块进行控制和管理，同时提供本地和远程控制接口。系统前面板有液晶显示屏和按键，屏幕可显示设备的当前运行状态，按键控制区用来设置延时、多普勒频移和输出信号电平。本系统还提供远程控制接口，通过web或串口命令实现测试参数设置；配以PC端应用程序，还能预设测试任务流程，实现一体化测试。

2　样机使用情况

该目标模拟系统已经完成样机的生产并已投入使用。样机侧重于实现近距离的真时延模拟，可实现5～61m目标回波信号的时延效果，短距模拟精度高于0.2m。在功率衰减上可实现-10～30dBm的Ka信号输入，-80～-20dBm信号输出。衰减步长为5dB，精度为1dB。多普勒频移模拟范围为30～500kHz，步长为2kHz，精度为500Hz。系统经过长时间的使用验证，可满足绝大部分目标回波的模拟。

3　结束语

该基于光时延的目标模拟系统外轮廓尺寸为476mm×500mm×120mm，重量小于10kg，便于搬移，抗干扰能力强，有效解决了外场实验中模拟系统机动性差和易受复杂电磁干扰的问题。另外系统样机研制时采用模块化设计并考虑了可扩展性，为将来开发系列化的同类产品做好了准备。

［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］赵正平.固态微波毫米波、太赫兹器件与电路的新进展［J］.半导体技术，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。

关运华（1979-），男，工程师，从事光通信技术方面的工作。