本发明涉及跳频通信信号的发射和接收，特别是大带宽、高频点、多跳频通带且灵活配置的跳频通信信号的发射和接收。
背景技术：
1、进入二十一世纪以来，通信技术的快速且持续发展，与此同时，通信系统也面临着日益严峻的安全挑战。为了提高通信系统的安全性、保密性、抗干扰能力和抗截获能力，需要采取一系列保密技术,其中，一种十分有效且重要的技术就是跳频通信技术。
2、跳频通信是指收发双方传输通信信号的载波频率按照预定规律进行离散变化的通信方式，也就是说，跳频通信中使用的载波频率受伪随机变化码的控制而跳变。
3、与定频通信相比，由于跳频通信的工作频率随着时间变化发生跳变，定频通信系统只能接收固定接收通带内的通信信息，就难以截获全部完整的通信信息；即使对方也采用了跳频通信系统，但是由于不知道我方的加密跳频图案，也无法截获完整的通信信息，这样就提高了跳频通信系统的抗截获能力。当部分通信信道受到干扰，跳频通信系统可以快速切换到其他未受到干扰的信道，继续进行通信信息传输，提高了跳频通信系统的抗干扰能力。此外，跳频通信还可以与定频通信的信息加密技术相结合，进一步提高安全性和保密性。因此，相比于定频通信，跳频通信具有更强的抗干扰能力和抗截获能力，具有更好的安全性和保密性。
4、然而，目前基于电子学的跳频通信系统遇到了电子瓶颈，已有基于微波光子学的跳频通信系统也受限于跳频本振源的生成限制和可调谐滤波器的调谐速度限制，工作频率、跳频范围以及跳频切换速度等方面有待进一步提升。
技术实现思路
1、本发明旨在解决上述的技术问题，提出一种微波光子跳频发射和接收系统，可以同时实现大带宽、高频点、多跳频通带的跳频通信信号的发射和接收。双波带双重频级联光频梳模块通过双光梳级联为跳频发射和跳频接收提供锁定的光频梳和光载波信号。在跳频发射部分，发射载波产生与信号调制模块中，通信信号通过载波抑制单边带调制加载到光载波上，光载波与光开关选取的光梳齿拍频产生携带通信信号的射频发射信号，通过光开关的快速切换实现发射载波频点的快速、灵活、大范围切换。在跳频接收部分，正交光采样时钟产生模块通过光开关选取光梳齿产生正交光采样时钟，通过光开关的快速切换实现接收通带的中心频率的快速、灵活、大范围切换；光电转换与数字处理模块通过改变滤波器的带宽实现跳频接收通带带宽的灵活配置。本发明能够有效提高系统工作频率，增大系统跳频范围和跳频切换速度，同时还极大的增强了系统的可调谐性和灵活性，能够根据实际需要实现超宽带、快速灵活跳频发射和接收。
2、为实现上述目的，本发明一种微波光子跳频发射和接收系统的技术解决方案如下：
3、一种微波光子跳频发射和接收系统，包括：
4、双波带双重频级联光频梳模块，用于生成两组位于不同波带、梳齿频率间隔相同的光频梳信号；
5、发射载波产生与信号调制模块，用于将通信信号调制到光载波上，并通过光梳齿拍频产生射频发射信号；
6、射频发射模块，用于发射跳频通信信号；
7、正交光采样时钟产生模块，用于生成正交光采样时钟，以支持跳频接收端的信号采样；
8、电光采样与正交解复用模块，用于对接收到的跳频通信信号进行采样和解复用；
9、射频接收模块，用于接收跳频通信信号；
10、光电转换与数字处理模块，用于将光信号转换为电信号并进行数字处理；以及
11、同步与控制模块，用于系统的同步和控制，为光开关阵列提供光梳齿选取控制信号，从而实现跳频发射和跳频接收，并且根据数字信号处理结果实现跳频信号的同步捕获和追踪。
12、其中，所述的双波带双重频级联光频梳模块，包括：
13、双波带光频梳产生装置，用于产生两组光频梳信号，该两组光频梳信号分别位于波带i和波带q，且梳齿频率间隔相同；
14、第一波分解复用器，用于将光频梳信号分成三部分；
15、第一光耦合器和第二光耦合器，用于分光；
16、第一光开关阵列，用于选通特定波带的光梳齿，该第一光开关阵列输出的波带i光梳齿与第一部分光信号光梳齿的频率间隔等于第一光开关阵列输出的波带q光梳齿与第三部分光信号光梳齿的频率间隔；
17、第一波分复用器，用于合并光信号；
18、电光频梳产生装置，用于基于选通的光梳齿生成新的光频梳信号，生成的两组光频梳信号的梳齿频率间隔等于要求的跳频频率间隔；
19、所述的发射载波产生与信号调制模块，包括：
20、第一电光调制器，用于将通信信号调制到光载波上；
21、第二波分解复用器和第二光开关阵列，用于选通特定波带的光梳齿；
22、第二波分复用器，用于合并调制后的光信号和选通的光梳齿；
23、第一光电探测器，用于将光信号转换为射频信号；
24、所述正交光采样时钟产生模块，包括：
25、第三波分解复用器和第三光开关阵列，用于选通特定波带的光梳齿；
26、第三波分复用器，用于合并光信号；
27、移相器，用于对光信号进行相移以生成正交光采样时钟信号；
28、所述电光采样与正交解复用模块，包括：
29、第二电光调制器，用于对接收到的跳频通信信号进行电光采样；
30、波带解复用器，用于将光信号分成波带i和波带q两路光信号；
31、所述光电转换与数字处理模块，包括：
32、第二光电探测器和第三光电探测器用于将光信号转换为电信号；
33、第一滤波器和第二滤波器，用于调整接收通带的带宽；
34、第一模数转换器和第二模数转换器，用于将模拟信号转换为数字信号；数字信号处理器，用于处理数字信号并重构通信信号；
35、所述同步与控制模块包括用于同步和控制的相关装置。
36、具体的：
37、所述双波带双重频级联光频梳模块中，双波带光频梳产生装置产生的光信号经过第一波分解复用器被分成三部分，第一部分经过第一光耦合器分光之后分别输入发射载波产生与信号调制模块和正交光采样时钟产生模块，第二部分依次经过第一光开关阵列、第一波分复用器、电光频梳产生装置和第二光耦合器分光之后分别输入发射载波产生与信号调制模块和正交光采样时钟产生模块，第三部分输入正交光采样时钟产生模块；所述发射载波产生与信号调制模块中，来自双波带双重频级联光频梳模块中的第一光耦合器的一路光信号输入第一电光调制器的光输入端口，并由通信信号进行电光调制，输出的已调光信号进入第二波分复用器，同时，来自双波带双重频级联光频梳模块中的第二光耦合器的一路光信号依次经过第二波分解复用器和第二光开关阵列之后也输入第二波分复用器，两路光信号合并成一路后输入第一光电探测器，第一光电探测器输出射频信号传输至射频发射模块发射到空间；所述正交光采样时钟产生模块中，来自双波带双重频级联光频梳模块中的第一光耦合器的另一路光信号输入第三波分复用器，来自双波带双重频级联光频梳模块中的第二光耦合器的另一路光信号经过第三波分解复用器、第三光开关阵列后输入第三波分复用器，来自双波带双重频级联光频梳模块中的第一波分解复用器的光信号经过移相器输入第三波分复用器，最终第三波分复用器输出一路光信号进入电光采样与正交解复用模块；所述电光采样与正交解复用模块中，光信号输入第二电光调制器，并由来自射频接收模块的接收跳频信号进行电光采样，输出的已调光信号进入波带解复用器，输出两路光信号，即上路光信号和下路光信号，分别进入光电转换与数字处理模块；所述光电转换与数字处理模块中，上路光信号经过所述第二光电探测器、第一滤波器、第一模数转换器进入数字信号处理器，下路光信号经过所述第三光电探测器、第二滤波器、第二模数转换器进入数字信号处理器，经数字信号处理器重构出通带内的接收通信信号；所述同步与控制模块分别与第二光开关阵列、第三光开关阵列以及数字信号处理器相连接，通过控制第二光开关阵列、第三光开关阵列的选通状态，实现发射和接收频率的跳频通信。
38、所述的双波带双重频级联光频梳模块中，双波带光频梳产生装置产生两组位于不同波带、梳齿频率间隔相同的光频梳信号，分别记为波带i和波带q。
39、所述的双波带双重频级联光频梳模块中，第一波分解复用器输出三部分光信号，其中，第一部分光信号包含一根来自波带i的光梳齿，第三部分光信号包含一根来自波带q的光梳齿，第二部分光信号经过第一光开关阵列选通输出一路波带i光梳齿和一路波带q光梳齿，其中，所述第一光开关阵列输出的波带i光梳齿与第一部分光信号光梳齿的频率间隔等于第一光开关阵列输出的波带q光梳齿与第三部分光信号光梳齿的频率间隔。
40、所述的双波带双重频级联光频梳模块中，电光频梳产生装置产生位于波带i和波带q、梳齿频率间隔相同的两组光频梳信号，光梳齿频率间隔等于要求的跳频频率间隔。
41、所述的发射载波产生与信号调制模块中，第一电光调制器用于将通信信号调制到光载波上，实现载波抑制单边带调制。
42、所述的发射载波产生与信号调制模块中，第二波分解复用器工作在波带i，第二光开关阵列在同步与控制模块控制下选通输出一根来自波带i的光梳齿，第二波分复用器将第一电光调制器输出的光信号和第二光开关阵列输出的光信号合并为一路输出给第一光电探测器，通过切换第二光开关阵列选通的光梳齿切换发射的射频频率。
43、所述的正交光采样时钟产生模块中，第三光开关阵列在同步与控制模块控制下选通两路，分别输出波带i和波带q的光梳齿各一根，第三光开关阵列输出的波带i光梳齿与第一波分解复用器输出的第一部分光信号的频率间隔等于第三光开关阵列输出的波带q光梳齿与第一波分解复用器输出的第三部分光信号的频率间隔，记为fc。
44、所述的正交光采样时钟产生模块中，移相器对输入光信号进行90°相移；
45、所述的第一光开关阵列、第二光开关阵列以及第三光开关阵列的每一通路都可以由1×1的光开关构成。
46、所述的电光采样与正交解复用模块中，波带解复用器输出两路光信号，分别位于波带i和波带q。
47、所述的光电转换与数字处理模块中，第一模数转换器和第二模数转换器的采样率fs为所述正交光采样时钟产生模块中光梳齿间隔fc的整数因子，即fs＝fc/n，其中n为正整数；
48、所述的光电转换与数字处理模块中，第一滤波器和第二滤波器为截止频率小于等于fs/2的低通滤波器或者高截止频率小于等于fs/2的带通滤波器；
49、所述的同步与控制模块为发射载波产生与信号调制模块中的第二光开关阵列、正交光采样时钟产生模块中的第三光开关阵列提供梳齿选取控制信号，并根据光电转换与数字处理模块中的数字信号处理器的处理结果实现跳频信号的同步捕获和追踪；
50、跳频接收系统在f＝fc处有一个接收通带，通过所述正交光采样时钟产生模块快速改变光梳齿间隔fc，即可实现快速切换跳频接收通带的中心频率fc，通过改变所述光电转换与数字处理模块中第一滤波器和第二滤波器的带宽改变跳频接收通带的带宽。
51、与现有技术相比，本发明的有益效果是：
52、1)本发明能够同时实现跳频通信信号的发射和接收，且发射和接收功能完全独立，发射频率和接收频率可以不同；
53、2)本发明通过快速调整正交光采样时钟信号来实现跳频通带的快速切换，具有极快的跳频速度和极高的可配置性。
54、3)本发明可以根据实际需求，灵活调整跳频接收范围、跳频通带数量、跳频通带带宽、跳频通带幅度响应等，可以适应更多的场景。
55、4)本发明降低了对电后端硬件的需求，能够以较低的采样率有效地采集高载波频率的跳频通信信号。
56、5)本发明通过正交采样抑制镜像干扰，能够准确有效地区分出镜像信号，实现跳频通信信号地抗混叠数字化接收。
1.一种微波光子跳频发射和接收系统，其特征在于，包括双波带双重频级联光频梳模块(a)、发射载波产生与信号调制模块(b)、射频发射模块(c)、正交光采样时钟产生模块(d)、电光采样与正交解复用模块(e)、射频接收模块(f)、光电转换与数字处理模块(g)以及同步与控制模块(h)；
2.根据权利要求1所述的微波光子跳频发射和接收系统，其特征在于，所述的双波带双重频级联光频梳模块(a)中，双波带光频梳产生装置(a1)产生两组位于不同波带、梳齿频率间隔相同的光频梳信号，分别记为波带i和波带q。
3.根据权利要求1所述的微波光子跳频发射和接收系统，其特征在于，所述的双波带双重频级联光频梳模块(a)中，第一波分解复用器(a2)输出三部分光信号，其中，第一部分光信号包含一根来自波带i的光梳齿，第三部分光信号包含一根来自波带q的光梳齿，第二部分光信号经过第一光开关阵列(a4)选通输出一路波带i光梳齿和一路波带q光梳齿，其中，所述第一光开关阵列(a4)输出的波带i光梳齿与第一部分光信号光梳齿的频率间隔等于第一光开关阵列(a4)输出的波带q光梳齿与第三部分光信号光梳齿的频率间隔。
4.根据权利要求1所述的微波光子跳频发射和接收系统，其特征在于，所述的双波带双重频级联光频梳模块(a)中，电光频梳产生装置(a6)产生位于波带i和波带q、梳齿频率间隔相同的两组光频梳信号，光梳齿频率间隔等于要求的跳频频率间隔。
5.根据权利要求1所述的微波光子跳频发射和接收系统，其特征在于，所述的发射载波产生与信号调制模块(b)中，第一电光调制器(b1)用于将通信信号调制到光载波上，实现载波抑制单边带调制。
6.根据权利要求1所述的微波光子跳频发射和接收系统，其特征在于，所述的发射载波产生与信号调制模块(b)中，第二波分解复用器(b2)工作在波带i，第二光开关阵列(b3)在同步与控制模块(h)控制下选通输出一根来自波带i的光梳齿，第二波分复用器(b4)将第一电光调制器(b1)输出的光信号和第二光开关阵列(b3)输出的光信号合并为一路输出给第一光电探测器(b5)，通过切换第二光开关阵列(b3)选通的光梳齿切换发射的射频频率。
7.根据权利要求1所述的微波光子跳频发射和接收系统，其特征在于，所述的正交光采样时钟产生模块(d)中，第三光开关阵列(d2)在同步与控制模块(h)控制下选通两路，分别输出波带i和波带q的光梳齿各一根，第三光开关阵列(d2)输出的波带i光梳齿与第一波分解复用器(a2)输出的第一部分光信号的频率间隔等于第三光开关阵列(d2)输出的波带q光梳齿与第一波分解复用器(a2)输出的第三部分光信号的频率间隔，记为fc。
8.根据权利要求1所述的微波光子跳频发射和接收系统，其特征在于，所述的正交光采样时钟产生模块(d)中，移相器(d4)对输入光信号进行90°相移。
9.根据权利要求1所述的微波光子跳频发射和接收系统，其特征在于，所述的第一光开关阵列(a4)、第二光开关阵列(b3)以及第三光开关阵列(d2)的每一通路都可以由1×1的光开关构成。
10.根据权利要求1所述的微波光子跳频发射和接收系统，其特征在于，所述的电光采样与正交解复用模块(e)中，波带解复用器(e2)输出两路光信号，分别位于波带i和波带q。
11.根据权利要求1所述的微波光子跳频发射和接收系统，其特征在于，所述的光电转换与数字处理模块(g)中，第一模数转换器(g5)和第二模数转换器(g6)的采样率fs为所述正交光采样时钟产生模块(d)中光梳齿间隔fc的整数因子，即fs＝fc/n，其中n为正整数。
12.根据权利要求1所述的微波光子跳频发射和接收系统，其特征在于，所述的光电转换与数字处理模块(g)中，第一滤波器(g3)和第二滤波器(g4)为截止频率小于等于fs/2的低通滤波器或者高截止频率小于等于fs/2的带通滤波器。
13.根据权利要求1所述的微波光子跳频发射和接收系统，其特征在于，所述的同步与控制模块(h)为发射载波产生与信号调制模块(b)中的第二光开关阵列(b3)、正交光采样时钟产生模块(d)中的第三光开关阵列(d2)提供梳齿选取控制信号，并根据光电转换与数字处理模块(g)中的数字信号处理器(g7)的处理结果实现跳频信号的同步捕获和追踪。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的微波光子跳频发射和接收系统，其特征在于，跳频接收系统在f＝fc处有一个接收通带，通过所述正交光采样时钟产生模块(d)快速改变光梳齿间隔fc，即可实现快速切换跳频接收通带的中心频率fc，通过改变所述光电转换与数字处理模块(g)中第一滤波器(g3)和第二滤波器(g4)的带宽改变跳频接收通带的带宽。
