本发明属于微波，具体涉及一种基于sagnac环的微波光子瞬时频率和到达角测量装置及方法。
背景技术：
1、在现代通信、雷达和电子战系统中，广泛需要精确估计微波信号特性(如频率、幅度和到达角)的能力。然而，在传统的电子对抗和侦察设备中，需要两个独立的模拟处理硬件系统分别测量信号频率和到达角(aoa)，这是复杂和昂贵的。此外，第五代无线网络中的大规模多输入多输出(mimo)系统需要无源监测技术来识别aoa和频率信息。然而传统的电瞬时频率测量(ifm)系统测量范围非常有限(<18ghz)，并且容易受到电磁干扰的影响。随着光子技术的迅速发展，基于光子技术的频率测量系统得到了发展，具有损耗低、带宽大、抗电磁干扰等优点。
技术实现思路
1、为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种基于sagnac环的微波光子瞬时频率和到达角测量装置及方法，在aoa测量方面，本发明装置通过单路调制获得相位差-幅度映射关系，从而计算得到aoa；通过可调光延迟线引入两个与待测频率相关的相移，通过构造幅度比较函数(acf)实现相移-幅度映射即频率-幅度映射，从而获得待测频率。本发明能够实现ifm和aoa的同时测量且本方案结构简单，系统稳定，不含偏振敏感器件，在mimo系统，电子侦察与对抗等应用中极具前景。
2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：
3、一种基于sagnac环的微波光子瞬时频率和到达角测量装置，包括激光二极管ld、sagnac环、两个光电探测器pd1和pd2；
4、所述sagnac环包括两个光耦合器oc1和oc2、两个双驱动马增调制器ddmzm1和ddmzm2、两个光可调延迟线otdl1和otdl2、电功分器1、电功分器2、电移相器；其中ddmzm1和ddmzm2都是双驱动调制器，均包含两个射频输入口；
5、待测信号被电功分器1等分后，一路输入ddmzm1的一个rf口，另一路连接电移相器后再输入ddmzm1的另一个rf口；同时待测信号被电功分器等分为两路后分别输入ddmzm2的两个rf口；
6、所述激光二极管ld的输出口连接sagnac环的光信号输入端即光耦合器oc1的1口，sagnac环中一部分顺时针ck光波从环路中通过光耦合器oc2输出到光电探测器pd1，这部分为路径1；其余部分ck光波和逆时针cck光波通过光耦合器oc1的2口从环路中输出到pd2，这部分为路径2；
7、在sagnac环中按顺时针方向的器件连接如下：光耦合器oc1的3端口输出连接光可调延迟线otdl1的输入端口，光可调延迟线otdl1的输出端口连接双驱动马增调制器ddmzm1的输入端，双驱动马增调制器ddmzm1的输出连接光耦合器oc2后接入双驱动马增调制器ddmzm2的输出口，双驱动马增调制器ddmzm2的输入口连接光可调延迟线otdl2的输出口，光可调延迟线otdl2的输入口连接至光耦合器oc1的4端口。
8、优选地，所述电移相器对待测信号直接引入相移来模拟到达角。
9、一种基于sagnac环的微波光子瞬时频率和到达角测量方法，包括以下步骤：
10、步骤1：从激光二极管ld输出的连续光载波注入到sagnac环中，激光二极管ld输出的光载波经耦合后产生功率相同的两条光路，顺时针ck方向的光载波经过光可调延迟线otdl1后在双驱动马增调制器ddmzm1中被两个待测回波信号调制，逆时针cck方向的光载波在经过光可调延迟线otdl2后在双驱动马增调制器ddmzm2中被待测传输信号调制；
11、步骤2：待测信号被电功分器等分后，一路输入ddmzm1的一个rf口，另一路连接电移相器后再输入ddmzm1的另一个rf口；同时，待测信号被电功分器等分为两路后分别输入ddmzm2的两个rf口；两个双驱动马增调制器均偏置在最大点；
12、步骤3：顺时针ck方向部分信号从光耦合器oc2输出并连接至光电探测器pd2进行光电探测，该路径实现aoa测量；顺时针ck的另一部分信号和逆时针cck两路耦合，耦合后的信号从光耦合器oc1输出并连接至光电探测器pd2，实现ifm测量。
13、优选地，所述基于sagnac环的微波光子瞬时频率和到达角测量方法，具体为：
14、激光二极管ld输出光信号表示为ein(t)＝ecexp(jωc)，其中e0和ωc分别为光载波的幅度和角频率；顺时针方向输入ddmzm1的待测回波信号分别表示为vicos(2πfit)和vi是回波信号幅度，fi是回波信号频率，是两个回波信号的相位差；ddmzm1偏置在最大点，则ddmzm1的输出光场表示为：
15、
16、其中αd1为ddmzm1的损耗，m＝πvi/vπ是调制指数，τ1是otdl1引入的时延，vπ为半波电压。j1(m)是一阶贝塞尔函数；
17、在路径1中,经ddmzm1调制后的光信号经过oc2后从sagnac环输出并传输至pd1进行光电探测，输出的光电流表示为：
18、ipd1(t)＝η1|γ1eddmzm1(t)|2＝vdc1+vac1 (2)
19、其中vac1为输出交流信号，vdc1为输出直流信号，η1是pd1的响应度，γ1为oc2对路径1引入的损耗；回波信号的相位差由直流信号vdc获得，表示为：
20、
21、其中系数为：进而根据公式(4)计算出到达角θ：
22、
23、在路径2中，ck方向的调制光信号经odtl2引入一个相移，相移与待测信号fi有关，表示为τ2为otdl2引入的时延；此时顺时针方向的光信号表示为：
24、
25、其中γ2为oc2对路径1引入的损耗；
26、同样，在cck方向上，待测信号由ddmzm2中的光载波调制；电功分器将待测信号等分，分别加入ddmzm2的两个rf端口；ddmzm2在最大值处工作；同时，通过otdl1对调制信号进行相移则ddmzm2输出的调制光信号表示为：
27、
28、其中αd2为ddmzm2的损耗；
29、ck和cck分支中的两个光信号通过oc1耦合为一个光信号，表示为：
30、eoc1(t)＝eddmzm1(t)+eddmzm2(t) (7)
31、耦合后的光信号传输至pd2进行光电转换：
32、ipd(t)＝η2|eoc1(t)|2＝vdc2+vac2 (8)
33、其中vac2为输出交流信号，vdc2为输出直流信号，η2为pd2的响应；
34、pd2得到的直流分量与待测信号的频率fi直接相关，直流分量如下式所示:
35、
36、其中系数表示为：
37、
38、由式(9)构建频率-幅度映射函数来获得待测频率值。
39、本发明的有益效果如下：
40、本发明能够实现ifm和aoa的同时测量且本方案结构简单，系统稳定，不含偏振敏感器件，在mimo系统，电子侦察与对抗等应用中极具前景。
1.一种基于sagnac环的微波光子瞬时频率和到达角测量装置，其特征在于，包括激光二极管ld、sagnac环、两个光电探测器pd1和pd2；
2.根据权利要求1所述的一种基于sagnac环的微波光子瞬时频率和到达角测量装置，其特征在于，所述电移相器对待测信号直接引入相移来模拟到达角。
3.一种采用权利要求1所述装置的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的一种测量方法，其特征在于，所述测量方法具体为：
