Onderzoekers hebben een nieuwe analoge fotonische correlator ontwikkeld die kan worden gebruikt om een ​​object te lokaliseren dat een radiosignaal uitzendt. Omdat de nieuwe correlator sneller is dan andere methoden en werkt met een breed scala aan radiofrequentiesignalen, kan deze handig zijn voor het lokaliseren van mobiele telefoons, stoorzenders of een verscheidenheid aan tracking-tags.

"De fotonische architectuur die we hebben ontwikkeld, gebruikt geen bewegende delen en maakt realtime signaalverwerking mogelijk", zegt Hugues Guillet de Chatellus van Université Grenoble Alpes-CNRS in Frankrijk. "Realtime verwerking helpt ervoor te zorgen dat er geen downtime is, wat van cruciaal belang is voor bijvoorbeeld defensietoepassingen."

In Optica , beschrijven Guillet de Chatellus en collega's de nieuwe fotonische correlator en demonstreren zijn vermogen om de locatie van een radiofrequentiezender te identificeren. Het apparaat is aanzienlijk eenvoudiger dan de huidige analoge of digitale correlatoren en maakt gebruik van kant-en-klare telecommunicatiecomponenten.

"Veel van de huidige radiosignalen hebben grote bandbreedtes omdat ze veel informatie bevatten", zegt Guillet de Chatellus. "Onze fotonische benadering biedt een eenvoudige methode om signalen te correleren met bandbreedtes tot enkele GHz, een grotere bandbreedte dan beschikbaar is bij commerciële benaderingen op basis van puur digitale technieken."

Licht gebruiken om correlatie te berekenen

De nieuwe fotonische correlator kan worden gebruikt om een ​​zogenaamde kruiscorrelatiefunctie te berekenen voor twee signalen die door één bron worden uitgezonden en door twee antennes worden gedetecteerd. Dit meet de gelijkenis van de signalen als functie van de verplaatsing van het ene signaal ten opzichte van het andere en geeft informatie over hun relatieve vertraging, die kan worden gebruikt om de locatie van de signaalbron te berekenen.

"De fotonische architectuur die we hebben ontwikkeld, maakt real-time berekening mogelijk van de kruiscorrelatiefunctie van twee ingangssignalen voor ongeveer 200 waarden van relatieve vertraging tegelijk", zegt Guillet de Chatellus. "Dit is veel hoger dan welke fotonische techniek tot nu toe heeft kunnen bereiken."

De correlator werkt als een fotonische processor door glasvezelcomponenten te gebruiken om twee radiofrequentiesignalen om te zetten in optische signalen. Zodra de kruiscorrelatiefunctie is berekend, kan deze via een detectie- en verwerkingsketen worden omgezet in een digitaal formaat.

Het meest kritische onderdeel van het nieuwe systeem is een frequentieverschuivende lus, die een groot aantal in de tijd verschoven replica's voor een ingangssignaal kan genereren en manipuleren. Deze eenvoudige fotonische component heeft veel recente innovaties in microgolffotonica mogelijk gemaakt.

"We zijn al geruime tijd bezig met het ontwikkelen van frequentieverschuivende lussen, en een diep begrip van hun architectuur heeft ons ertoe gebracht ze toe te passen op deze nieuwe applicatie", zegt Guillet de Chatellus. "Dit werk laat zien dat fotonica efficiënte alternatieven kan bieden voor oplossingen die gebaseerd zijn op digitale elektronica."

Precisielocatie

Na het testen van hun nieuwe apparaat met behulp van krachtige eenvoudige signalen, testten de onderzoekers het met complexere signalen en verhuisden vervolgens naar signalen die zich door de vrije ruimte voortplanten en werden ontvangen door een paar antennes. De onderzoekers konden de lokalisatie van een radiofrequentiezender aantonen met een precisie van bijna 10 picoseconden voor een integratietijd van 100 milliseconden. Dit betekent dat het systeem een ​​zender kan lokaliseren met een precisie van ongeveer 3 millimeter.

De nieuwe analoge fotonische correlator kan ook in de astronomie worden gebruikt om signalen van verschillende telescopen te kruiscorreleren om beelden met een hoge resolutie te creëren. In de komende maanden zijn de onderzoekers van plan te werken aan een demonstratie-experiment waarin signalen van de zon op ongeveer 10 GHz worden verzameld door twee externe antennes en kruisgecorreleerd met behulp van het nieuwe fotonische apparaat om een ​​beeld van de zon op radio te creëren -golflengte.

Als deze experimenten succesvol zijn, zou dit apparaat infraroodtoepassingen kunnen initiëren in astronomische faciliteiten, zoals de Very Large Telescope Interferometer in Chili, met behulp van heterodyne interferometrie. Heterodyne interferometrie is gebruikt voor radio-interferometrie, maar was voorheen beperkt tot smalle correlatiebandbreedtes.

De onderzoekers voeren ook experimenten uit om erachter te komen of de nieuwe fotonische correlator kan worden gebruikt om drie signalen te correleren, wat 3D-lokalisatie van zenders door triangulatie mogelijk zou maken. Ze plannen ook verdere werkzaamheden om de correlator te miniaturiseren en volledig te integreren. + Verder verkennen

Vormgeven van radiosignalen met licht