Laser & Photonics Reviews:高分辨率微波光子成像雷达芯片

雷达作为唯一能够“全天时、全天候”工作的传感器,将在未来智能化的社会中扮演越来越重要的角色。随着无人驾驶汽车、无人机等轻小型平台的普及,小体积、轻重量、低功耗的雷达芯片受到了广泛的关注。雷达带宽越大,分辨率越高,但是大带宽会导致雷达后端处理数据量迅速增加。受限于电子器件的带宽瓶颈,传统电子雷达系统无论是产生还是处理数GHz的宽带信号,都面临巨大挑战。微波光子技术在雷达宽带信号产生和处理方面具有先天优势,被美国海军实验室视为有望“点亮雷达的未来”。近几年,国内外多个课题组分别报道了不同方案的微波光子雷达,最高分辨率可达亚厘米级。然而,这些成果都是采用分立光子器件搭建而成的,过大的体积和重量限制了其在轻小型平台上的应用。

南京航空航天大学潘时龙课题组采用硅光技术实现了微波光子雷达芯片,在尺寸仅为1.45 mm×2.5 mm的芯片上集成了微波光子宽带雷达信号产生和回波信号光域处理单元,成数量级的缩小了微波光子雷达的体积和重量。该芯片能够产生覆盖Ku波段、带宽达6 GHz的线性调频信号,并在光域对雷达回波信号进行去斜处理,将数GHz信号压缩到几十MHz,大幅降低了雷达后端处理的数据量。测试结果显示,该微波光子雷达芯片的距离分辨率可达2.7 cm,误差小于2.75 mm。研究团队基于该芯片成功对机身长28 cm、翼展宽32 cm的飞机模型进行了逆合成孔径雷达成像。

该研究成果不仅为实现小体积、高分辨率微波光子雷达芯片提供了有效思路,也充分展现了硅光技术在实现复杂微波光子片上系统方面的巨大潜力。研究人员相信,随着光子集成技术的进步,将波分复用、光域镜频抑制混频等技术应用于微波光子雷达芯片,将进一步提升芯片性能,拓展其功能,推动微波光子雷达走向日常应用。

相关研究工作发表在Laser & Photonics Reviews(DOI:10.1002/lpor.201900239)上。