Forskare har utvecklat en ny analog fotonisk korrelator som kan användas för att lokalisera ett objekt som sänder en radiosignal. Eftersom den nya korrelatorn är snabbare än andra metoder och fungerar med ett brett utbud av radiofrekvenssignaler, kan den vara användbar för att lokalisera mobiltelefoner, signalstörare eller en mängd olika spårningstaggar.

"Den fotoniska arkitekturen vi utvecklade använder inga rörliga delar och möjliggör signalbehandling i realtid", säger Hugues Guillet de Chatellus från Université Grenoble Alpes-CNRS i Frankrike. "Bearbetning i realtid hjälper till att säkerställa att det inte finns någon stilleståndstid, vilket är avgörande för till exempel försvarstillämpningar."

I Optica , Guillet de Chatellus och kollegor beskriver den nya fotoniska korrelatorn och visar dess förmåga att identifiera platsen för en radiofrekvenssändare. Enheten är betydligt enklare än dagens analoga eller digitala korrelatorer och använder vanliga telekommunikationskomponenter.

"Många av dagens radiosignaler har stora bandbredder eftersom de bär en hel del information", säger Guillet de Chatellus. "Vårt fotoniska tillvägagångssätt erbjuder en enkel metod för att korrelera signaler med bandbredder på upp till några få GHz, en större bandbredd än vad som är tillgängligt från kommersiella metoder baserade på rent digitala tekniker."

Använda ljus för att beräkna korrelation

Den nya fotoniska korrelatorn kan användas för att beräkna vad som kallas en korskorrelationsfunktion för två signaler som sänds ut från en källa och detekteras av två antenner. Detta mäter likheten mellan signalerna som en funktion av förskjutningen av en signal i förhållande till den andra och ger information om deras relativa fördröjning, som kan användas för att beräkna platsen för signalkällan.

"Den fotoniska arkitekturen vi utvecklade möjliggör realtidsberäkning av korskorrelationsfunktionen för två insignaler för cirka 200 värden av relativ fördröjning samtidigt", säger Guillet de Chatellus. "Detta är mycket högre än någon fotonisk teknik har kunnat åstadkomma hittills."

Korrelatorn fungerar som en fotonisk processor genom att använda fiberoptiska komponenter för att omvandla två radiofrekventa signaler till optiska signaler. När korskorrelationsfunktionen väl har beräknats gör en detekterings- och bearbetningskedja det möjligt att konvertera den till ett digitalt format.

Den mest kritiska komponenten i det nya systemet är en frekvensskiftande loop, som kan generera och manipulera ett stort antal tidsförskjutna repliker för en insignal. Denna enkla fotoniska komponent har möjliggjort många nya innovationer inom mikrovågsfotonik.

"Vi har utvecklat frekvensskiftande loopar under en tid, och en djup förståelse för deras arkitektur ledde till att vi tillämpade dem på denna nya applikation", säger Guillet de Chatellus. "Detta arbete visar att fotonik kan erbjuda effektiva alternativ till lösningar som är baserade på digital elektronik."

Precisionsläge

Efter att ha testat sin nya enhet med enkla signaler med hög effekt, testade forskarna den med mer komplexa signaler och flyttade sedan till signaler som spred sig genom ledigt utrymme och togs emot av ett par antenner. Forskarna kunde demonstrera lokalisering av en radiofrekvenssändare med en precision nära 10 pikosekunder under en 100 millisekunders integrationstid. Det betyder att systemet kunde lokalisera en sändare med en precision på cirka 3 millimeter.

Den nya analoga fotoniska korrelatorn kan också användas inom astronomi för att korskorrelera signaler som kommer från flera teleskop för att skapa högupplösta bilder. Under de kommande månaderna planerar forskarna att arbeta med ett demonstrationsexperiment där signaler som sänds ut från solen vid cirka 10 GHz kommer att samlas in av två fjärrantenner och korskorreleras med den nya fotoniska enheten för att skapa en bild av solen vid radio -våglängd.

Om dessa experiment är framgångsrika kan den här enheten initiera infraröda tillämpningar i astronomianläggningar, såsom Very Large Telescope Interferometer i Chile, med hjälp av heterodyn interferometri. Heterodyninterferometri har använts för radiointerferometri men var tidigare begränsad till smala korrelationsbandbredder.

Forskarna utför också experiment för att ta reda på om den nya fotoniska korrelatorn kan användas för att korrelera tre signaler, vilket skulle möjliggöra 3D-lokalisering av sändare genom triangulering. De planerar också ytterligare arbete för att miniatyrisera och helt integrera korrelatorn. + Utforska vidare

Forma radiosignaler med ljus