Optica：实时追踪无线电信号源的光子处理器

       近日，法国格勒诺布尔-阿尔卑斯大学（以下简称UGA）-法国国家科学研究中心（以下简称CNRS）的研究人员开发了一种新型模拟光子相关器，可用于定位无线电信号传输。由于该相关器定位速度快，并且追踪的无线电信号频率范围更广，因此，它能够应用于手机、信号干扰器等各种信号的追踪定位。

 图1 新型模拟光子相关器示意图，用于定位无线电信号源，例如手机、信号干扰器等可追踪标签。（图片来源：UGA-CNRS）

       “我们开发的光子结构移动部件，并且能够实时处理信号，”Hugues Guillet de Chatellus研究员说，“实时处理有利于避免停机造成的数据损坏，这对国防科技领域非常重要。”

       Guillet de Chatellus研究员及其同事共同描述了这种新型光子关联器，并展示了它如何发现无线电频率发射器的位置，这种设备使用发展成熟的电信组件，并且比如今的模拟或数字相关器简便得多。研究成果发表在期刊《Optica》上。

相关器实现光学计算

       该相关器可以计算由同一个信号源发出，并分别被两个天线接收的两个信号之间的互相关函数。这种方法分析出两个信号的相同频率，该函数与两个信号的相对位移有关，并且计算延迟信息，以此计算信号源的位置。

       “该光子结构能够实时计算两个入射信号的互相关函数，同时得到大约200个频率互相关延迟，”Guillet de Chatellus研究员说，“该数值高于目前所有光子技术计算值。”

       该相关器的工作原理与光子计算处理器类似，即利用光纤组件将两个无线电频率信号转换为光信号，计算出互相关函数的同时，利用检测器和信号处理链将其转换为数位格式。

       该系统的最关键组成部分是移频环路，它可以复制大量输入信号的时移信息，并快速处理它们，这种简单的光学元件为微波光子学的创新应用提供了诸多可能。

       “我们开发移频环路已经有一段时间了，因此对其结构有深入的了解，这促使我们将其应用到光子相关器中，”Guillet de Chatellus研究员说，“这项工作证明了光子技术可以替代基于数字电子学的技术。”

精确定位

       使用高功率简单信号测试了新设备后，研究人员用复杂信号频率估计方法测试，并移动信号通过自由空间系统，最后由一对天线接收。研究人员能够在100 ms的持续时间内，实现延迟时间精度接近10 ps的无线电信号发射源定位，这意味着该系统可以精确定位信号源，定位精度约为3 mm。

       此外，这种新型模拟光子相关器可以应用于天文学，为若干互相关的望远镜信号创建高分辨率图像。在未来的数月，研究人员计划一项成像实验，即利用两个远程天线接收太阳的信号，信号频率为10 GHz，并利用这种相关器使信号互相关，从而进行太阳的射频成像。

       如果实验能成功，那么该设备可以将红外线应用在天文学装置上，例如使用外差干涉法的智利甚大望远镜。目前，虽然外差干涉技术已用于无线电干涉测量，但应用相关带宽较窄。

       研究人员将继续实验，以确保该光子相关器可以互相关三个信号，从而利用三角测量方法三维定位信号发射源。此外，他们还计划进一步缩小并完全集成相关器。