據(jù)中國激光雜志社網(wǎng)，于2025年11月01日報道，封面展示了基于可調(diào)陷波混沌光電振蕩器（OEO）的光子輔助雷達通信聯(lián)合系統(tǒng)所產(chǎn)生的發(fā)射信號頻譜示意圖。圖中呈現(xiàn)了寬帶陷波混沌信號與通信信號在共享頻段中的協(xié)同傳輸狀態(tài)，體現(xiàn)了該系統(tǒng)在射頻前端硬件與頻譜資源復用的優(yōu)勢。該系統(tǒng)利用混沌OEO與微波光子濾波器，生成具有可調(diào)陷波的混沌信號，一方面用于高分辨率雷達探測，實現(xiàn)對無人機、車輛及障礙物的精確測距；另一方面，在陷波頻段內(nèi)為合作或非合作無線通信設備提供靈活的頻譜接入窗口，有效避免了雷達與通信系統(tǒng)之間的同頻干擾。
研究背景
隨著無線互聯(lián)設備數(shù)量激增，電磁頻譜資源日益緊張，高精度感知與高速通信在復雜環(huán)境下面臨著頻譜沖突、硬件冗余、能耗過高和系統(tǒng)兼容性差等多重挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)設計中，雷達與通信往往獨立配置，占用不同頻段并采用專用設備，導致頻譜利用效率低、設備復雜度高、難以適應動態(tài)電磁環(huán)境。雷達通信聯(lián)合(Joint Radar and Communication, JRC)系統(tǒng)通過共享硬件平臺和頻譜資源，實現(xiàn)雷達探測與無線通信功能的深度融合。該系統(tǒng)能顯著提升頻譜利用率、降低系統(tǒng)成本與功耗，具備更好的電磁兼容性，尤其適用于頻譜擁擠、無線設備密集的城市工作場景。
微波光子技術作為實現(xiàn)通感一體的關鍵技術之一，憑借其寬帶信號產(chǎn)生、低損耗傳輸、抗電磁干擾和頻率靈活可調(diào)等優(yōu)勢，為寬帶信號的生成、處理和傳輸提供了物理層突破。通過光生混沌信號、可調(diào)陷波濾波、偏振調(diào)制復用等光子學方法，JRC系統(tǒng)可在同一平臺上同時實現(xiàn)厘米級分辨率雷達探測和百兆比特速率無線通信，提升了系統(tǒng)的感知性能和頻譜兼容能力。因此，光子輔助JRC系統(tǒng)是探索高效利用頻譜資源、推動技術融合的一個重要發(fā)展方向，有望成為支撐6G通信、智能感知等領域進步的有效技術路徑。
光子輔助JRC系統(tǒng)
基于微波光子學的雷達通信融合策略可分為“波形共享”與“資源復用”兩類。波形共享方案旨在設計一種集成了雷達感知與通信功能的單一信號，以雷達功能為中心時可以對雷達信號的幅度、相位、頻率進行調(diào)制以加載通信數(shù)據(jù)。該方案可在同時同頻模式下實現(xiàn)高分辨率探測與大容量通信，資源利用率最高，但需在雷達與通信性能之間做出權衡，且難以兼容現(xiàn)有無線設備的頻譜分配。資源復用方案則通過頻譜、時間、空間或編碼等多維復用方式，實現(xiàn)雷達與通信的硬件資源共享。該方案更易于融入現(xiàn)有頻譜分配體系，無需對當前通信設備進行大規(guī)模改造，因而適合作為JRC系統(tǒng)在共存（Coexistence）和協(xié)作（Cooperation）階段的技術路徑。
可調(diào)諧陷波混沌OEO利用光頻梳作為輸入光源，通過色散單元引入延時后基于有限沖激響應（FIR）濾波原理實現(xiàn)陷波效應，核心機制是通過信號復制、延時與反相疊加實現(xiàn)精準的相消干涉。如圖1所示，該系統(tǒng)將光頻梳作為多波長光源輸入混沌OEO，混沌振蕩狀態(tài)產(chǎn)生的混沌信號調(diào)制到多波長光源，通過光譜整形器（Waveshaper）選取兩個攜帶有混沌信號的光頻梳通道。這兩個通道經(jīng)過色散單元引入延時差，合成的寬帶混沌信號部分頻點因延時差作用反相相消。通過調(diào)節(jié)通道頻率間隔精確控制延時差，可在特定頻率處實現(xiàn)陷波濾波。
混沌OEO產(chǎn)生的陷波混沌信號用于雷達探測，陷波頻段則用于無線通信，有效避免同頻干擾。陷波頻點通過調(diào)整光頻梳頻率間隔實現(xiàn)調(diào)諧，加強了對通信系統(tǒng)的兼容性。通信信號通過另一光路以單邊帶調(diào)制方式加載到光載波上，與雷達信號偏振復用后共同傳輸?shù)桨l(fā)射機光電探測器，實現(xiàn)了硬件和頻譜資源的共享。如圖2所示，可調(diào)諧陷波混沌信號在10分鐘的測試中陷波頻率漂移小于6 MHz，抑制比波動小于3.2 dB，體現(xiàn)出所提方法產(chǎn)生陷波混沌信號的頻率穩(wěn)定性和環(huán)境適應性。
如圖3所示，通信單元在3.5 GHz和5.8 GHz陷波頻點上成功實現(xiàn)了64 QAM調(diào)制、180 Mbit/s的無線數(shù)據(jù)傳輸，誤差矢量幅度（EVM）分別低于4.12%和5.86%，符合3GPP通信標準要求。雷達單元陷波混沌信號帶寬達到5.29 GHz，單目標測距中距離分辨率達2.95 cm，實測平均絕對誤差為0.62 cm，滿足城市應用場景下厘米量級的定位需求。
總結與展望
本研究針對頻譜資源緊張與雷達通信系統(tǒng)分立設計導致資源利用率低的問題，提出了一種基于可調(diào)陷波混沌OEO的光子輔助JRC系統(tǒng)，有效實現(xiàn)了雷達探測與無線通信在硬件與頻譜資源上的深度融合。該系統(tǒng)以光頻梳作為混沌OEO的多波長光源，并與微波光子陷波濾波器協(xié)同工作，生成陷波數(shù)量與頻率可調(diào)諧的混沌信號，克服了傳統(tǒng)頻分復用方法重構性差、對任意波形發(fā)生器性能要求高的問題，在同一光子輔助平臺上完成高分辨率雷達探測與高速無線通信。有望為智慧城市、智能交通和6G通感一體化等領域提供關鍵支撐。
科研團隊簡介
北京工業(yè)大學物理與光電工程學院光信息處理實驗室，隸屬于光學工程國家重點一級學科、光學北京市重點學科以及物理學一級學科博士點，依托北京市精密測控技術與儀器工程技術研究中心、固體微結構與性能北京市重點實驗室等多個重點科研平臺。研究團隊曾于2017年榮獲軍隊科技進步二等獎，2023年榮獲北京市麒麟科學技術獎。
通訊作者簡介
王云新，北京工業(yè)大學教授，博士生導師，長期從事微波光子學、數(shù)字全息、太赫茲成像等方面研究工作，主持各類國家級科研項目10余項，發(fā)表SCI論文50余篇，獲授權國家發(fā)明專利20余項，曾獲中國專利優(yōu)秀獎、天津市專利金獎、天津市自然科學二等獎，入選北京工業(yè)大學“日新人才”培養(yǎng)計劃，入選北京市教委青年拔尖人才培養(yǎng)計劃。
