本文涉及微波光子技術(shù)，尤其涉及一種多波束接收方法。

背景技術(shù)：

1、隨著新興通訊技術(shù)的發(fā)展，通訊系統(tǒng)利用更高的載波頻率和更寬的瞬時(shí)帶寬來(lái)實(shí)現(xiàn)更密集的用戶空間和更高的數(shù)據(jù)吞吐量，通訊頻段也將更適合高精度的用戶感知，此外，高精度的定位、成像和環(huán)境重構(gòu)能力將幫助提升通信性能，實(shí)現(xiàn)更精確的波束賦形和更低開銷的信道狀態(tài)跟蹤；

2、傳統(tǒng)的模擬射頻相控陣僅能形成單個(gè)波束，有掃描速度較慢、目標(biāo)單一和抗電磁干擾能力差的缺點(diǎn)，新體制的微波光子接收機(jī)，抗干擾能力強(qiáng)，以及超寬的帶寬，可以實(shí)現(xiàn)視場(chǎng)內(nèi)的多個(gè)波束同時(shí)成像，在焦平面上映射源信息，感知用戶位置。

3、該體制在其焦平面布置密集的二維光電二極管(pd)，可以獲得時(shí)域信號(hào)進(jìn)行高速數(shù)據(jù)傳輸，然而，高性能的二維pd很難實(shí)現(xiàn)密集排布，由于pd間隔較大，波束信息存在丟失的風(fēng)險(xiǎn)，使用稀疏pd面陣對(duì)多波束進(jìn)行接收需要復(fù)雜的讀出電路或射頻開關(guān)，成本昂貴且結(jié)構(gòu)復(fù)雜。

4、傳統(tǒng)的分時(shí)多波束接收使用空間相位調(diào)制器，通過改變液晶分子的雙折射性來(lái)實(shí)現(xiàn)入射光束的相位調(diào)制，實(shí)現(xiàn)視場(chǎng)內(nèi)的波束轉(zhuǎn)向，然而該方法受到調(diào)制速度限制，很難到達(dá)千赫茲(khz)量級(jí)，速度慢，難以滿足于現(xiàn)代高速通信的要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明針對(duì)上述技術(shù)問題，本技術(shù)提出了一種基于環(huán)境穩(wěn)定性控制子系統(tǒng)的多波束接收系統(tǒng)，包括微波光子光學(xué)處理接收機(jī)和環(huán)境穩(wěn)定性控制子系統(tǒng)；

2、其中，所述微波光子光學(xué)處理接收機(jī)包括：射頻前端子系統(tǒng)、無(wú)源光信息處理子系統(tǒng)和配置為采集并處理經(jīng)過所述光信息處理的光信號(hào)以得到所述微波信號(hào)的三維射頻信息；以及從所述接收到的光信號(hào)獲得通信數(shù)據(jù)的后端信號(hào)處理子系統(tǒng)30；

3、其中，所述射頻前端子系統(tǒng)包括射頻陣列天線模塊，所述射頻陣列天線模塊包括分布在不同物理位置的射頻陣列天線，用于接收自由空間中的電磁目標(biāo)發(fā)射的電磁波形成的微波信號(hào)；陣列低噪聲放大器模塊，耦合于所述射頻陣列天線，用于放大所述微波信號(hào)；以及陣列光電調(diào)制模塊，耦合于所述陣列低噪聲放大器模塊，用于將經(jīng)放大的所述微波信號(hào)調(diào)制到光載波上形成光邊帶；

4、所述無(wú)源光信息處理子系統(tǒng)包括光學(xué)陣列天線模塊，耦合于所述陣列光電調(diào)制模塊，用于將所述的光邊帶發(fā)射到自由空間；光信息處理模塊，用于將來(lái)自所述光學(xué)陣列天線模塊的所述光邊帶進(jìn)行濾波，分束成兩束信號(hào)光進(jìn)行傅里葉變換，生成兩個(gè)像點(diǎn)；信號(hào)處理模塊，用于接收所述兩個(gè)像點(diǎn)，用于映射電磁目標(biāo)位置和將光信號(hào)下變頻轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；

5、所述后端信號(hào)處理子系統(tǒng)30包括圖像傳感器模塊，用于接收來(lái)自光信息處理模塊的第一出射面的波束的強(qiáng)度信息；波束接收解調(diào)模塊，用于接收來(lái)自第二出射面的波束的時(shí)域信息；求解器模塊，耦合于所述圖像傳感器模塊和波束接收解調(diào)模塊，用于將圖像傳感器模塊獲取的像點(diǎn)強(qiáng)度信息提取并依據(jù)映射關(guān)系計(jì)算用戶的位置信息，以及處理波束接收解調(diào)模塊輸出的電信號(hào)以得到時(shí)域信息；

6、所述環(huán)境穩(wěn)定性控制子系統(tǒng)用于實(shí)時(shí)反饋控制光學(xué)相位，補(bǔ)償環(huán)境擾動(dòng)引起的光學(xué)相位漂移，維持穩(wěn)定的空間光相干性；其包括光學(xué)移相模塊，每個(gè)光纖通道都配置光學(xué)移相模塊，可通過施加電壓至光學(xué)移相模塊上的電極引腳控制光學(xué)相位變化；探測(cè)器模塊，用于將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，將光學(xué)相位變化量傳輸至運(yùn)算處理模塊；以及數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊，用于將所述運(yùn)算處理模塊的輸出轉(zhuǎn)換為電壓，施加于所述光學(xué)移相模塊。

7、在一些實(shí)施例中，所述光學(xué)移相模塊可以是光學(xué)移相器或相位調(diào)制器，每個(gè)光纖通道都配置光學(xué)移相器，可通過施加電壓至光學(xué)移相器上的電極引腳控制光學(xué)相位變化。

8、在一些實(shí)施例中，所述光信息處理模塊還包括空間濾波模塊，允許光邊帶通過，光載波反射至探測(cè)器模塊；分束棱鏡用于將經(jīng)過空間濾波模塊的信號(hào)光分成兩束；圖像傳感器模塊，用于接收來(lái)自于分束棱鏡第一出射面的光束。

9、在一些實(shí)施例中，所述信號(hào)處理模塊還包括波束接收解調(diào)模塊，用于接收來(lái)自于分束棱鏡第二出射面的光束。

10、本發(fā)明的實(shí)施例還提供了一種基于上述環(huán)境穩(wěn)定性控制子系統(tǒng)的多波束接收系統(tǒng)的多波束接收方法以實(shí)現(xiàn)分時(shí)多波束接收，該方法包括如下步驟：

11、步驟s1：給定電磁場(chǎng)景，其中電磁目標(biāo)在所述微波光子光學(xué)處理接收機(jī)覆蓋區(qū)域活動(dòng)，電磁目標(biāo)工作時(shí)實(shí)時(shí)發(fā)射電磁信號(hào)；

12、步驟s2：以所述微波光子光學(xué)處理接收機(jī)的所述射頻陣列天線為原點(diǎn)建立三維信息坐標(biāo)系，生成所述電磁目標(biāo)的俯仰角θel和方位角θaz以及通信數(shù)據(jù)；

13、步驟s3：設(shè)置所述射頻陣列天線孔徑與光學(xué)陣列天線孔徑，并建立所述射頻陣列天線與所述光學(xué)陣列天線的直角坐標(biāo)系，以及設(shè)置透鏡焦距；

14、步驟s4：設(shè)置所述光學(xué)移相器的初始偏置電壓，即初始相位；

15、步驟s5：設(shè)置所述圖像傳感器模塊的像平面的像點(diǎn)坐標(biāo)，并確定所述電磁目標(biāo)的俯仰角和方位角與每個(gè)所述像點(diǎn)坐標(biāo)的映射關(guān)系；

16、步驟s6：根據(jù)所述電磁目標(biāo)的參數(shù)，生成具有微波波矢的微波信號(hào)；

17、步驟s7：將所述微波信號(hào)調(diào)制到光載波上的得到調(diào)制光邊帶；

18、步驟s8：通過對(duì)所述調(diào)制光邊帶進(jìn)行光信息處理生成高斯光斑；

19、步驟s9：依據(jù)所述高斯光斑在所述像平面的像點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算所述電磁目標(biāo)的位置信息，包括方位角和俯仰角；

20、步驟s10：選擇接收數(shù)據(jù)的電磁目標(biāo)，將其位置信息輸入所述環(huán)境穩(wěn)定性控制子系統(tǒng)40獲取波束轉(zhuǎn)向電壓信號(hào)；

21、步驟s11：將所述波束轉(zhuǎn)向電壓信號(hào)施加到所述光學(xué)移相模塊，使得通過所述光學(xué)移相模塊的電磁目標(biāo)調(diào)制光邊帶形成的光學(xué)波束轉(zhuǎn)向?qū)?zhǔn)光電二極管陣列的中心位置；

22、步驟s12：通過使得波束對(duì)準(zhǔn)光電二極管陣列，由光電二極管陣列通過讀出電路獲取通信數(shù)據(jù)；

23、步驟s13：下一時(shí)刻，重復(fù)以上步驟s10、步驟s11、步驟s12獲得不同電磁目標(biāo)的通信數(shù)據(jù)。

24、本發(fā)明基于微波光子光學(xué)處理接收機(jī)，將微波信號(hào)調(diào)制到光域進(jìn)行處理，具有大帶寬和抗電磁干擾的優(yōu)勢(shì)。此外，可以使用無(wú)源光信息處理模塊進(jìn)行光信息處理，無(wú)源光信息處理模塊速度等同于光傳輸?shù)臅r(shí)間，零功耗，速度快，可直接在圖像傳感器上映射用戶的方位角與俯仰角信息，在感知用戶方面，不受波束帶寬和數(shù)量限制，可實(shí)現(xiàn)視場(chǎng)內(nèi)的多個(gè)波束同時(shí)感知。

25、在本技術(shù)中，所述圖像傳感器模塊可以是基于ccd圖像傳感器或者cmos圖像傳感器，優(yōu)選是cmos圖像傳感器。

26、在本技術(shù)中使用圖像傳感器接收電磁目標(biāo)的像點(diǎn)信息，在圖像傳感器上僅獲取到像點(diǎn)的強(qiáng)度信息，僅需要對(duì)像點(diǎn)對(duì)應(yīng)的像素進(jìn)行讀出，進(jìn)行簡(jiǎn)單的代數(shù)運(yùn)算即可獲取電磁目標(biāo)的位置信息，并采用escs子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)波束轉(zhuǎn)向，在不附加其他器件的情況下實(shí)現(xiàn)波束接收，獲取強(qiáng)度、頻率和相位等信息。對(duì)比而言，如果該過程直接使用光電探測(cè)器陣列進(jìn)行接收，將需要大量的光電探測(cè)器以獲取其對(duì)應(yīng)的空間時(shí)延推測(cè)方位信息，可想而知，此過程需要大量的模數(shù)轉(zhuǎn)換(adc)模塊和復(fù)雜的讀出電路進(jìn)行計(jì)算，且受限于目前二維光電探測(cè)器制備技術(shù)，光電探測(cè)器很難實(shí)現(xiàn)二維密集排布。