从国内外最新的数字阵列雷达发展趋势入手, 总结了数字阵列技术向“宽带化、离散化、智能化、灵巧化”发展在调制自由度、信号特征处理、参数控制与算法加速方面亟待突破的问题, 同时对比分析了微波光子处理的适配性及优缺点, 以微波光子雷达实用化推进为目的, 对光模数转换、光正交解调、光波形产生、光射频总线、轻薄化集成等微波光子技术在数字阵列雷达系统中的应用进行了展望。

提出了一种改进的级联全光量化方案,以提高全光模数转换器的量化分辨率。通过使用一路附加的被强度调制器调制的标记通道,可实现对超宽带信号的8 bit以上高量化分辨率。利用所提出的方案对20 GHz射频信号实现了数字化,仿真结果表明,其无杂散动态范围可高达53.76 dBc,有效量化分辨率为8.18 bit。

实验从时域上研究了切割超连续谱实现实时、高速全光量化的方案。利用光滤波器件对不同强度的光采样脉冲产生的超连续谱进行光谱分割, 从而实现对光采样脉冲的实时量化。具体来讲, 重复频率为10 GHz的光采样脉冲经功率放大后耦合到400 m的高非线性光纤中产生超连续谱, 采用3个可调谐的光滤波器对其进行不同波长的光谱切割, 实现采样率为10 GSa/s、量化精度为2 bit的实时全光量化, 量化后脉冲时序的消光比可达10 dB以上。

提出了一种基于光电振荡器的高速光采样技术。光电振荡器直接产生高重复频率、低时间抖动的采样脉冲,避免了对低重复频率采样脉冲的时域复用,可降低系统复杂性,提高系统效率。利用此光脉冲对信号进行时域傅里叶变换采样,信号在不同时刻的幅度信息被调制到不同波长的探测光上,再经过波分复用器或可调滤波器滤出不同中心波长的光,实现高速实时采样及串并转换,可与低速率的电模数转换量化匹配。实验产生重复频率为10 GHz、时间抖动为195 fs的光脉冲,并对三种不同波形的信号进行采样,得到采样波形,采样速率达到40 GSa/s。实验结果表明提出的基于光电振荡器的光采样技术是可行的。

从时间交织光模数转换(TIPADC)的通道响应出发, 分析了后端光电探测响应与通道失配的关系及其对失配校正的影响,并进行了仿真验证。结果表明：在探测响应不导致串扰的情况下, 通道失配的影响与频率无关, 可以用单一频点处得到的失配参数进行校正。在探测响应会导致串扰的情况下, 不同增益下的通道响应呈同比例变化, 但不同时间失配下的通道响应呈不同比例变化, 用单一频点处得到的失配参数只能对增益失配进行校正。

平衡探测器的两输入通路在增益和时延上的不对称会对基于平衡探测的光模数转换(PADC)系统的性能产生影响。建立了基于平衡探测的PADC系统的数学模型，理论上分析了系统有效比特位(ENOB)与平衡探测器两输入通路的增益和时延的不对称性，并仿真分析了增益和时延的不对称对系统ENOB的影响，同时进行了相应的实验验证。结果表明，在相同调制深度下，系统的ENOB随着两输入通路的相对增益和相对时延的增加而减小。当平衡探测器两输入通路在增益和时延上完全一致时，系统的ENOB随着调制深度的增加而逐渐减小；当平衡探测器两输入通路在增益和时延上存在偏差时，系统的ENOB随着调制深度的增加先增大后减小。

在模数转换系统中, 光模数转换(OADC)技术可增加系统带宽, 提高采样速率, 克服电子系统的瓶颈, 成为目前研究者们研究的热点。讨论了光模数转换技术的分类, 介绍了各类光模数转换技术的基本原理、实现方法以及技术特点。基于高速光采样和光量化, 深入分析了采样脉冲生成、多通道并行复用、空间干涉、光学非线性效应应用等关键技术, 并介绍了相关技术的研究进展和技术指标。

通道内幅度噪声和通道间幅度不匹配是限制时间波长交织光模数转换系统（TWIPADC）性能的主要因素。提出了一种基于自适应干扰对消的TWIPADC幅度校正方法。该方法采用自适应干扰对消原理实时消除光源抖动和光时分复用模块引入的通道内幅度噪声，同时采用基于标定的方案对波分复用（WDM）模块等引入的通道间幅度不匹配进行校正。给出了基于所提幅度校正方案的TWIPADC系统结构，通过建立相应的数学模型，理论分析了所提幅度校正方案的原理和流程。仿真结果表明：基于自适应对消理论，可以有效实时消除TWIPADC中光源以及OTDM模块引入的幅度噪声；所提幅度校正方案可以将16通道、32 GS/s TWIPADC系统的信纳比提升30 dB以上。

为了克服基于强度调制器的相位编码光模数转换(PADC)中强度调制器的偏置点漂移和双臂结构不对称等影响，给出了一种基于相位调制器的相位编码光模数转换方案。建立了系统的理论模型，给出了实现双端口相位编码的条件；理论分析了光采样时钟幅度抖动、时间抖动，以及输入光脉冲偏振态等因素对系统性能的影响。结果表明：所提出的方案可抑制光采样时钟幅度抖动对模数转换结果造成的影响，在现有的控制精度下，有效比特(ENOB)可以达到10 bit以上。进行了单波长系统实验，在583 MS/s 采样率下，有效比特为6.38 bit。与非相位编码方案相比，有效比特提高2 bit以上，验证了方案的可行性和有效性。

由于电路时钟抖动和比较器弛豫等内禀属性的影响，传统的电子模数转换器已经不能满足高带宽数字信号处理的发展。模数转换主要包括采样、量化和编码。全光模数转换引入光子技术来对模拟电信号采样和量化，可以提高数字信号处理系统的性能，满足高速和高分辨率的需求，从而解决电子模数转换器的技术瓶颈问题。针对目前主要研究的全光模数方案，如泰勒方案、空间光干涉和偏振干涉的移相光量化方案、孤子自频移的方案、对称双波导长周期波导光栅和波导阵列光栅的方案等，介绍了其基本原理及实验方案，并对各种方案的特点进行了分析。