ТЕНДЕНЦІЇ РОЗВИТКУ МІКРОХВИЛЬОВИХ ФОТОННИХ РАДАРІВ
DOI:
https://doi.org/10.20535/1970.67(1).2024.306719Ключові слова:
радар, мікрохвильова фотоніка, роздільна здатність, пропускна здатністьАнотація
На сьогодні провідні країни світу інтенсивно працюють над розробкою радіолокаційних станцій нового покоління - радіофотонних радарів, які дозволяють значно зменшити масогабаритні характеристики радіолокаційних станцій, збільшити інформативність та дальність виявлення цілей внаслідок зменшення втрат в довгих комунікаційних лініях при використанні оптичного волокна, забезпечити високу перешкодозахищеність завдяки значно меншій чутливості оптико-електронної апаратури та волоконно-оптичних ліній зв'язку до зовнішніх електромагнітних впливів. Мікрохвильова фотоніка забезпечує широку смугу пропускання, плоску характеристику, передачу з низькими втратами, багатовимірне мультиплексування, надшвидку обробку аналогового сигналу та стійкість до електромагнітних перешкод. Реалізація радара в оптичній області може забезпечити кращу роздільну здатність, покриття та швидкодію, що було б важко реалізувати за допомогою традиційної електроніки. В оглядовій статті розглянуто стан розвитку та системні архітектури таких фотонних радарів, як оптоелектронні гібридні радари, повністю оптичні радари, багатофункціональні мікрохвильові фотонні радарні системи, розподілені мікрохвильові фотонні радари, програмно-визначені радари та когнітивні радари. Обговорюються нові технології в цій галузі та можливі майбутні напрямки досліджень. В якості прикладу, розглянуто широкосмуговий мікрохвильовий фотонний радар, відтворений на основі мікросхеми. Генератор широкосмугового сигналу та приймач вбудовані в кремнієвий кристал на ізоляторі. Отримано високоточне вимірювання дальності з роздільною здатністю 2,7 см і похибкою менше 2,75 мм та реалізовано візуалізацію кількох цілей зі складними профілями. Але продуктивність більшості інтегрованих мікрохвильових фотонних мікросхем ще не є задовільною для практичних радарних застосувань. Монолітна інтеграція ключових мікрохвильових фотонних підсистем є також недостатньо зрілою для практичного застосування, тому гібридна інтеграція пристроїв, виготовлених на їхніх оптимальних інтеграційних платформах, становить практичний інтерес. На сучасному етапі фосфід індію, нітрид кремнію та кремній на ізоляторі є трьома провідними платформами для фотонної інтеграції.
Посилання
M. Skolnik, Radar Handbook, 3rd ed. USA: McGraw-Hill, 2008.
S. Pan, and Y. Zhang, "Microwave photonics radars”, Journal of Lightwave Technology, vol. 38, is. 19, pp. 5450 - 5484, Oct.1, 1 2020.
S. Panda, et al., "Recent Advances and Future Directions of Microwave Photonic Radars: A Review," IEEE Sensors Journal, vol. 21, no. 19, pp. 21144-21158, 1 Oct.1, 2021.
J. Yao, "Microwave Photonic Systems," Journal of Lightwave Technology, vol. 40, no. 20, pp. 6595-6607, 15 Oct.15, 2022.
Kumar, R., Raghuwanshi, S.K. “Polarization con-trolled dispersion tunable optoelectronic oscillator and frequency octupling without bandpass filter”, Opt Quant Electron, 55, 2023.
Q. Guo, et al., "Photonics-Based Broadband Radar With Coherent Receiving for High-Resolution Detection," IEEE Photonics Technology Letters, vol. 35, no. 14, pp. 745-748, 15 July15, 2023.
Sharma, A., Malhotra, J., Khichar, S. et al. “Highly efficient frequency modulated continuous wave based photonic radar by incorporating electronic equalization scheme”, Opt Quant Electron, 55, 797, 2023.
J. Dong, and W. Li, "Photonics-enabled distributed MIMO radar for high-resolution 3D imaging," Photon. Res. 10, pp. 1679-1688, 2022.
H. Nie, et al., "Photonics-based integrated communication and radar system," in 2019 International Topical Meeting on Microwave Photonics (MWP), Ottawa, Canada, 2019, pp. 1-4.
J. Shi, et al., "Photonics-Based Broadband Micro-wave Instantaneous Frequency Measurement by Frequency-to-Phase-Slope Mapping," IEEE Trans-actions on Microwave Theory and Techniques, vol. 67, no. 2, pp. 544-552, Feb. 2019.
Xiao, Xuedi, et al. "Microwave photonic wideband distributed coherent aperture radar with high ro-bustness to time synchronization error." Journal of Lightwave Technology 39.2, pp. 347-356, 2020.
Q. Sun, et al. "Scalable distributed microwave photonic MIMO radar based on a bidirectional ring network", Optics Express, 29. pp. 31508-31519, 2021.
C. Ma, et al. "Distributed Microwave Photonic MIMO Radar with Accurate Target Position Estimation." IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques 71.4, pp. 1711-1719, 2022.
T. Debatty, "Software defined RADAR a state of the art," 2010 2nd International Workshop on Cognitive Information Processing, Elba, Italy, 2010, pp. 253-257.
M. Fogle. Software defined radio (SDR) with applications in radar systems. The University of Alabama in Huntsville, 2023.
D. Marpaung, J. Yao, and J. Capmany, "Integrated microwave photonics," Nature Photon., vol. 13, no. 2, pp. 80-90, Feb. 2019.
V. Duarte, et al., "Modular and smooth introduc-tion of photonics in high-throughput communication satellites-perspective of project BEACON," in International Conf. on Space Optics -ICSO 2018, Chania, Greece, 2018, pp. 1118079.
G. Hu, et al., "Optical Beamformer Based on Dif-fraction Order Multiplexing (DOM) of an Arrayed Waveguide Grating," J. Lightw. Technol., vol. 37, no. 13, pp. 2898-2904, Jul. 2019.
J. Tang, et al., "Integrated optoelectronic oscillator," Opt. Express, vol. 26, no. 9, pp. 12257-12265, Apr. 2018.
S. Pan, Z. Tang, M. Huang, and S. Li, "Reflective-Type microring resonator for on-chip reconfigurable microwave photonic systems," IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron., vol. 26, no. 5, pp. 1-12, Sept.-Oct. 2020.
L. Zhuang, C. Roeloffzen, M. Hoekman, K. Boller, and A. Lowery, "Programmable photonic signal processor chip for radiofrequency applications," Optica, vol. 2, no. 5, pp. 854-859, Oct. 2015.
L. Rinaldi, et al., "Towards system-on-chip integration of photonic-based coherent distributed Synthetic Aperture Radar," 2023 IEEE Photonics Conference (IPC), Orlando, FL, USA, 2023, pp. 1-2.
M. Reza, et al. “Multi-Static Multi-Band Synthetic Aperture Radar (SAR) Constellation Based on Integrated Photonic Circuits”. Electronics,11(24):4151, 2022.
F. Scotti, et al., "In field demonstration of a Photonic Integrated Circuit for SAR Imaging," in 2023 24th International Radar Symposium (IRS), Berlin, Germany, 2023, pp. 1-7.
W. Ahmad, et al., "Design, Fabrication, and Characterization of a Hybrid Integrated Photonic Module for a Synthetic Aperture Radar Receiver," J. Lightwave Technol. 42, 760-770, 2024.
P. Ghelfi, et al., "Towards an Integrated Photonics-Based Radar," 2020 22nd International Conference on Transparent Optical Networks (ICTON), Bari, Italy, 2020, pp. 1-4.
T. Otto et al., "Microwave Photonics Beamformer for Spaceborne SAR," EUSAR 2022; 14th European Conference on Synthetic Aperture Radar, Leipzig, Germany, 2022, pp. 1-3.
F. Falconi et al., "A Combined Radar & Lidar System Based on Integrated Photonics in Silicon-on-Insulator," in Journal of Lightwave Technology, vol. 39, no. 1, pp. 17-23, 1 Jan.1, 2021.
S. Melo, et al., "A Silicon Integrated Photonics-based Radar Operating in Multiple Bands," 2020 International Topical Meeting on Microwave Photonics (MWP), Matsue, Japan, 2020, pp. 47-49.
A. Renga, A. Gigantino and M. D. Graziano, "Multiplatform Image Synthesis for Distributed Synthetic Aperture Radar in Long Baseline Bistatic Configurations," in IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, vol. 59, no. 6, pp. 9267-9284, Dec. 2023
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2024 Аврутов В. В., Рупіч С. С., Цисарж В. В.
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Авторське право на публікацію залишається за авторами.
Автори можуть використовувати власні матеріали в інших публікаціях за умови посилання на збірник наукових праць "Вісник Київського політехнічного інституту. Серія ПРИЛАДОБУДУВАННЯ" як на перше місце видання та на Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» як на видавця.
Автори публікують свої статті в збірнику на умовах ліцензії Creative Commons:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії CC BY 4.0, яка дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на динаміці цитування опублікованої роботи.
Видавець (КПІ ім. Ігоря Сікорського) має право за будь-якого використання цього видання зазначати своє ім'я або вимагати такого зазначення.
Редакційна колегія залишає за собою право розміщувати опубліковані в збірнику статті в різних інформаційних базах для надання відкритого доступу до матеріалів з метою популяризації наукових досліджень та підвищення цитованості авторів.
