W波段宽带信号的光子收发一体技术研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61571292
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    57.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0121.微波光子学
  • 结题年份:
    2019
  • 批准年份:
    2015
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2016-01-01 至2019-12-31

项目摘要

Thanks to many advantages of good hiding ability, narrow beam, wide bandwidth, high Doppler frequency, small size, light weight, etc., W-band millimeter wave (MMW) is an ideal candidate for applications to inter-satellite communications, satellite meteorology, and MMW radar. Although electronics technology matures, there exists an "electronic bottleneck" limitation for performance improvement due to its low bandwidth, high loss, and timing-jitter. In this project, we propose a novel scheme of W-band MMW coherent transceiver-receiver system by full use of broad bandwidth, low loss, and low timing-jitter of photonics technology. This scheme utilizes only one mode-locked femtosecond laser source with low timing-jitter and wide spectral bandwidth for both generation and receiving of W-band linearly chirped pulse signal with wide bandwidth, ensuring high coherence and measurement precision. Signal generation unit consists of the laser source and unbalanced fiber dispersion chirp, which enables simultaneous tunability of W-band MMW’s central frequency, bandwidth, and time duration and also improves the anti-interference ability of the system. Based on low timing-jitter of the laser source, a pure local reference is generated for mixing and down-conversion of the received W-band signal generation. Later, the time-stretch photonic analog-to-digital conversion (ADC) technology is adopted for dramatically compressing the down-converted W-band signal and reducing the bandwidth requirement of electronic ADC. In recent years, we have undertaken in advance some related theoretical and experimental studies, verifying the feasibility of this project. It is believable that the smooth and successful implementation of this project with high technical specifications and reliable study conditions guarantees the cutting-edge technology for our major national security.
W波段毫米波具有波束窄、频带宽、体积小、重量轻等诸多优点,被用于星间通信、卫星气象观测及雷达探测等。电子学技术日趋成熟,但受带宽、损耗、时钟抖动等“电子瓶颈”限制,进一步提升面临挑战。本项目发挥光子学的大带宽、低损耗、低抖动等优势,围绕“毫米波光子高稳定协同作用和收发系统高相参机理”和“非线性作用下的毫米波光子信号失真和精细调控机理”关键科学问题,提出W波段宽带信号的光子收发一体的原创方案。采用一台飞秒激光器既产生又接收W波段的线性调频脉冲信号,确保系统相参和测量精度。融合激光器宽谱和非平衡色散,产生频率、带宽和时宽均可调的W波段宽带信号,提高抗干扰能力。信号接收时,首先基于激光器低抖动特性产生基准源进行混频下变频,然后基于时间拉伸的频谱压缩技术,降低电模数转换带宽。近年来已开展较充分的前期研究,夯实了相关的理论和实验基础。深入开展本项目的基础科学研究,可为国家重大安全提供尖端技术储备。

结项摘要

W波段(75-110GHz)作为高频毫米波,支持的信号带宽大和传输速率高,可分别采用电子学或光子学的手段来实现,被广泛应用于卫星间通信、卫星气象观测以及毫米波雷达探测等领域,线性调频脉冲信号是W波段毫米波和微波雷达系统的理想选择。近年来电子学技术发展迅猛、日趋成熟,但受带宽、损耗、电采样时钟抖动和比较器模糊等“电子瓶颈”限制,进一步提升面临很大挑战。据此,本项目有机融合光纤锁模激光器、非平衡色散啁啾和时间拉伸等光子学手段,实现W波段毫米波宽带信号的光子收发一体技术:基于锁模脉冲在光纤中的非平衡色散啁啾效应实现W波段宽带的线性调频脉冲信号的产生,基于光纤色散的时间拉伸实现W波段宽带信号的接收和处理。发射系统和接收系统基于相同的锁模光纤激光器,可确保信号产生和处理过程的高度相参,从而大幅提高宽带系统的测量精度。本项目重点研究W波段宽带信号的光子收发系统的高相参实现方法,紧紧围绕毫米波光子链路、信号产生、信号接收和信号处理等方面,对W波段毫米波的宽带信号光子收发一体的关键技术进行攻关,研制一套W波段宽带信号的收发一体实验平台。具体研究内容包括:毫米波光子链路,宽带信号产生,宽带信号接收,宽带信号处理等。主要技术指标包括:工作频段85~105GHz,调频带宽≥10GHz,时间宽度≥100ns,信号形式为线性调频脉冲,工作模式为中心频率、带宽、时间宽度均可调。在完成各项指标的前提下,我们还对实验平台上的系统进行了封装,研制成了宽带雷达的发射机和接收机,构成了完整的雷达原理样机系统。授权国家发明专利6项、国际专利5项。在国际光纤通信顶级刊物上发表论文20篇以上,参加ICOCN等国际会议,并做受邀报告,培养博士研究生2人,硕士研究生11人。通过本项目的基础科学研究,有望为我国的星间通信、卫星气象观测以及毫米波雷达探测等国家重大安全领域提供尖端技术储备。

项目成果

期刊论文数量(23)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(11)
Purified Dissipative Solitons With a Rectangle Spectrum From a Hybrid Mode-Locked Fiber Laser
混合锁模光纤激光器具有矩形光谱的纯化耗散孤子
  • DOI:
    10.1109/lpt.2017.2740718
  • 发表时间:
    2017-10
  • 期刊:
    IEEE Photonics Technology Letters
  • 影响因子:
    2.6
  • 作者:
    Xing Li;Miaomiao Wu;Weiwen Zou;Shixun Dai
  • 通讯作者:
    Shixun Dai
Ultra-high range resolution demonstration of a photonics-based microwave radar using a high-repetition-rate mode-locked fiber laser
使用高重复率锁模光纤激光器的基于光子学的微波雷达的超高距离分辨率演示
  • DOI:
    10.3788/col201816.062801
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Chinese Optics Letters
  • 影响因子:
    3.5
  • 作者:
    Xu Shaofu;Zou Weiwen;Yang Guang;Chen Jianping
  • 通讯作者:
    Chen Jianping
Dual-output modulation in time-wavelength interleaved photonic analog-to-digital converter based on actively mode-locked laser
基于主动锁模激光器的时间波长交错光子模数转换器的双输出调制
  • DOI:
    10.3788/col201614.030602
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    Chinese Optics Letters
  • 影响因子:
    3.5
  • 作者:
    Zhang Huajie;Zou Weiwen;Yang Guang;Chen Jianping
  • 通讯作者:
    Chen Jianping
Investigation of electronic aperture jitter effect in channel-interleaved photonic analog-to-digital converter
通道交错光子模数转换器中电子孔径抖动效应的研究
  • DOI:
    10.1364/oe.27.009205
  • 发表时间:
    2019-03-18
  • 期刊:
    OPTICS EXPRESS
  • 影响因子:
    3.8
  • 作者:
    Yang, Guang;Zou, Weiwen;Chen, Jianping
  • 通讯作者:
    Chen, Jianping
Wideband signal detection based on high-speed photonic analog-to-digital converter
基于高速光子模数转换器的宽带信号检测
  • DOI:
    10.3788/col201816.030601
  • 发表时间:
    2018-03-10
  • 期刊:
    CHINESE OPTICS LETTERS
  • 影响因子:
    3.5
  • 作者:
    Yang, Guang;Zou, Weiwen;Chen, Jianping
  • 通讯作者:
    Chen, Jianping

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其他文献

光子模数转换关键技术及其应用
  • DOI:
    10.16183/j.cnki.jsjtu.2018.10.009
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    上海交通大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈建平;邹卫文;吴龟灵;吴侃
  • 通讯作者:
    吴侃
光模数转换系统中幅度不均匀性的仿真
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2011
  • 期刊:
    光通信技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李思其;吴龟灵;神祥明;郭攀;邹卫文;陈建平
  • 通讯作者:
    陈建平
一种光纤双向时间比对时间码的设计与验证
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    光通信技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王苏北;吴龟灵;邹卫文;沈建国;陈建平
  • 通讯作者:
    陈建平
基于光子晶体光纤Sagnac环的超宽带全光波长转换开关
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    电子技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    毛经纬;邹卫文;李杏;姜文宁;陈建平
  • 通讯作者:
    陈建平
宽带高精度PADC系统中频综模块的设计与实现
  • DOI:
    10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2018.05.001
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    光通信技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    蔡光辉;邹卫文;杨光;袁野;陈建平
  • 通讯作者:
    陈建平

其他文献

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AI项目思路

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邹卫文的其他基金

基于布里渊动态光栅的分布式温度和应变同时感知技术研究
  • 批准号:
    61007052
  • 批准年份:
    2010
  • 资助金额:
    22.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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