一種同于定位無(wú)線電發(fā)射器的光子系統(tǒng)

  法國(guó)格勒諾布爾大學(xué)和國(guó)家科研中心的Guillaume Bourdarot、Jean-Philippe Berger和Hugues Guillet de Chatellus提出了一種可以快速識(shí)別射頻源的位置的新型模擬光子平臺(tái)。該設(shè)備工作原理是將一對(duì)天線探測(cè)到的信號(hào)互相關(guān)，并且可以在很寬的帶寬范圍內(nèi)運(yùn)行。由于使用現(xiàn)成的組件，因此該系統(tǒng)成本較低。并且在射電天文學(xué)和電信等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用。

臺(tái)式模型：格勒諾布爾模擬光子相關(guān)器的光學(xué)裝置，可用于定位無(wú)線電發(fā)射機(jī)

  互相關(guān)是測(cè)量?jī)蓚€(gè)或多個(gè)信號(hào)之間相似性的一種非常有效的技術(shù)。當(dāng)兩個(gè)空間分離的天線檢測(cè)來(lái)自同一信號(hào)源的信號(hào)時(shí)，它們的相似度可以使用其中一個(gè)源比另一個(gè)更接近天線時(shí)發(fā)生的相對(duì)時(shí)間延遲的函數(shù)來(lái)計(jì)算。這使得互相關(guān)系統(tǒng)能夠識(shí)別發(fā)射源的位置。

  射頻信號(hào)的互相關(guān)可以使用數(shù)字技術(shù)或模擬技術(shù)來(lái)完成，但每種技術(shù)都有其固有的局限性。在數(shù)字相關(guān)器中，信號(hào)必須首先被數(shù)字化，導(dǎo)致分析帶寬超過幾百兆赫茲的實(shí)時(shí)信號(hào)顯得較為困難。雖然模擬系統(tǒng)不用擔(dān)心此類限制，但在其射頻組件方面仍存在局限性。

  光子設(shè)備利用光來(lái)處理信息，并已成為寬帶射頻信號(hào)模擬處理的有前景的替代方案。這些系統(tǒng)利用了具有大帶寬的光譜，以及廉價(jià)、高性能的光學(xué)元件。在其研究中，格勒諾布爾團(tuán)隊(duì)利用這些優(yōu)勢(shì)開發(fā)了一種基于簡(jiǎn)單光子平臺(tái)的新型相關(guān)器架構(gòu)。

  該團(tuán)隊(duì)的系統(tǒng)沒有移動(dòng)部件，使用一對(duì)頻移光纖回路將射頻信號(hào)向上轉(zhuǎn)換為光頻率。它可以同時(shí)計(jì)算200個(gè)延時(shí)區(qū)間的互相關(guān)函數(shù)——這比以前的光子系統(tǒng)要多得多。這意味著該技術(shù)可以用來(lái)定位與時(shí)間有關(guān)的信號(hào)。

  此外，該平臺(tái)的延時(shí)步長(zhǎng)可以在從納秒到皮秒的幾個(gè)數(shù)量級(jí)上進(jìn)行調(diào)整。這意味著可以處理從兆赫到幾千兆赫的無(wú)線電頻率。

  一旦計(jì)算出互相關(guān)函數(shù)，它就被轉(zhuǎn)換成數(shù)字格式做進(jìn)一步的處理。經(jīng)過測(cè)試，該系統(tǒng)能夠在距離兩根接收天線1米的位置處定位一個(gè)無(wú)線電頻率發(fā)射器，精度約為3毫米。

  研究人員可以利用該系統(tǒng)實(shí)時(shí)地將多個(gè)射電望遠(yuǎn)鏡探測(cè)到的信號(hào)相互關(guān)聯(lián)起來(lái)，從而在天文學(xué)上實(shí)現(xiàn)重要應(yīng)用。該團(tuán)隊(duì)計(jì)劃使用兩個(gè)天線來(lái)捕捉太陽(yáng)發(fā)出的千兆赫茲信號(hào);然后將這些信號(hào)相互關(guān)聯(lián)以產(chǎn)生太陽(yáng)的射頻圖像。

  通過進(jìn)一步的調(diào)整，該團(tuán)隊(duì)希望他們的光子平臺(tái)能夠同時(shí)關(guān)聯(lián)來(lái)自三個(gè)或更多天線的信號(hào)——實(shí)現(xiàn)發(fā)射器的 3D 定位，例如手機(jī)、跟蹤標(biāo)簽和信號(hào)干擾器。