Fototeknologi muliggør realtidsberegning af radiosignalkorrelation

Forskere har udviklet en ny analog fotonisk korrelator, der kan bruges til at lokalisere et objekt, der sender et radiosignal. Fordi den nye korrelator er hurtigere end andre metoder og fungerer med en bred vifte af radiofrekvenssignaler, kan den være nyttig til at lokalisere mobiltelefoner, signaljammere eller en række sporingsmærker.

"Den fotoniske arkitektur, vi udviklede, bruger ingen bevægelige dele og muliggør signalbehandling i realtid," sagde Hugues Guillet de Chatellus fra Université Grenoble Alpes-CNRS i Frankrig. "Realtidsbehandling hjælper med at sikre, at der ikke er nogen nedetid, hvilket for eksempel er afgørende for forsvarsapplikationer."

I Optica , Guillet de Chatellus og kolleger beskriver den nye fotoniske korrelator og demonstrerer dens evne til at identificere placeringen af ​​en radiofrekvenssender. Enheden er betydeligt enklere end nutidens analoge eller digitale korrelatorer og bruger standard telekommunikationskomponenter.

"Mange af nutidens radiosignaler har store båndbredder, fordi de bærer en masse information," sagde Guillet de Chatellus. "Vores fotoniske tilgang tilbyder en enkel metode til at korrelere signaler med båndbredder på op til et par GHz, en større båndbredde, end der er tilgængelig fra kommercielle tilgange baseret på rent digitale teknikker."

Brug af lys til at beregne korrelation

Den nye fotoniske korrelator kan bruges til at beregne, hvad der er kendt som en krydskorrelationsfunktion for to signaler, der udsendes fra én kilde og detekteres af to antenner. Dette måler ligheden af ​​signalerne som funktion af forskydningen af ​​det ene signal i forhold til det andet og giver information om deres relative forsinkelse, som kan bruges til at beregne placeringen af ​​signalets kilde.

"Den fotoniske arkitektur, vi udviklede, muliggør realtidsberegning af krydskorrelationsfunktionen af ​​to inputsignaler for omkring 200 værdier af relativ forsinkelse samtidigt," sagde Guillet de Chatellus. "Dette er meget højere end nogen fotonisk teknik har været i stand til at opnå indtil nu."

Korrelatoren fungerer som en fotonisk processor ved at bruge fiberoptiske komponenter til at omdanne to radiofrekvente signaler til optiske signaler. Når krydskorrelationsfunktionen er beregnet, gør en detektions- og behandlingskæde det muligt at konvertere den til et digitalt format.

Den mest kritiske komponent i det nye system er en frekvensskiftende loop, som kan generere og manipulere et stort antal tidsforskudte replikaer til et inputsignal. Denne enkle fotoniske komponent har muliggjort mange nyere innovationer inden for mikrobølgefotonik.

"Vi har udviklet frekvensskiftende loops i nogen tid, og en dyb forståelse af deres arkitektur fik os til at anvende dem til denne nye applikation," sagde Guillet de Chatellus. "Dette arbejde viser, at fotonik kan tilbyde effektive alternativer til løsninger, der er baseret på digital elektronik."

Nøjagtig placering

Efter at have testet deres nye enhed ved hjælp af simple signaler med høj effekt, testede forskerne den med mere komplekse signaler og flyttede derefter til signaler, der forplantede sig gennem fri plads og modtaget af et par antenner. Forskerne var i stand til at demonstrere lokalisering af en radiofrekvenssender med en præcision tæt på 10 picosekunder i en integrationstid på 100 millisekunder. Det betyder, at systemet kunne lokalisere en sender med en præcision på omkring 3 millimeter.

Den nye analoge fotoniske korrelator kan også bruges i astronomi til at krydskorrelere signaler, der kommer fra flere teleskoper, for at skabe billeder i høj opløsning. I de kommende måneder planlægger forskerne at arbejde på et demonstrationseksperiment, hvor signaler udsendt fra solen ved omkring 10 GHz vil blive opsamlet af to fjernantenner og krydskorreleret ved hjælp af den nye fotoniske enhed for at skabe et billede af solen ved radio -bølgelængde.

Hvis disse eksperimenter lykkes, kan denne enhed starte infrarøde applikationer i astronomifaciliteter, såsom Very Large Telescope Interferometer i Chile, ved hjælp af heterodyn interferometri. Heterodyne interferometri er blevet brugt til radiointerferometri, men var tidligere begrænset til snævre korrelationsbåndbredder.

Forskerne udfører også eksperimenter for at finde ud af, om den nye fotoniske korrelator kan bruges til at korrelere tre signaler, hvilket ville muliggøre 3D-lokalisering af sendere ved triangulering. De planlægger også yderligere arbejde med at miniaturisere og fuldt ud integrere korrelatoren. + Udforsk yderligere

Formning af radiosignaler ved hjælp af lys