大带宽、高分辨率是下一代多功能雷达系统的重要特征,但是传统的电子系统面临着带宽受限等关键技术挑战。微波光子是微波技术与光子技术相互结合的新型技术,具有大带宽、损耗低、抗电磁干扰等诸多优点,能有效克服“电子瓶颈”,在多波段雷达、分布式相参雷达、深空探测等领域得到广泛应用,是未来雷达系统中处理高频宽带信号的一个新发展方向。本文以微波光子雷达射频前端为研究对象,围绕微波光子链路无杂散动态范围(spur-free dynamic range,SFDR)受限、信号远距离传输相位抖动、信号处理功能单一等问题,提出了有效的解决思路,并取得了较为领先的创新性研究成果。论文的主要创新点及工作包括以下几个方面:针对雷达接收机对大无杂散动态范围的需求,提出并实验验证了一种基于双向相位调制器的微波光子线性化技术。利用双向相位调制器对两个不同方向的C波段光载波进行相位调制,由于相位调制信号的一阶上边带与下边带天然地存在180°相位差,将两个方向的调制信号耦合到布拉格光纤光栅中选出所需的光学边带,微调两个方向的光载波功率及调制深度之间的关系,可以抵消正向调制链路产生的3阶交调失真信号。实验结果表明,微波光子链路SFDR从未线性化情况下的99.2 dB·Hz2/3提高到了 119.1 dB·Hz4/5。针对雷达接收机对大无杂散动态范围的需求,提出并实验验证了一种基于光谱矢量操控技术的多阶非线性失真同时抑制的技术。分析了相位调制微波光子链路中,非线性失真信号与所有光学边带之间的关系,推导出了能同时抑制多阶非线性失真的最优光学边带传输系数统一表达式,依据所计算的各阶光学边带传输系数,对相应的光学边带进行光谱矢量操控;同时,给出了不同阶数非线性失真被抑制后的SFDR理论表达式。实验结果表明,3阶交调失真被抑制后,SFDR从未线性化情况下的 100.9 dB·Hz2/3提高到了 122.0 dB.Hz6/7。针对分布式相参雷达系统各单元雷达对高稳定频率参考信号的需求,提出并实验验证了一种基于微波光子移相器的稳相传输技术。利用双驱动马赫-曾德尔调制器(dual-drive Mach-Zehnder modulator,DMZM)与光带通滤波器构成微波光子移相器;两个辅助的射频信号分别调制到DMZM的两臂,并用光带通滤波器滤出两路光调制信号的一阶光学边带;由于两个光学边带之间的相位独立性,通过比例-积分-微分算法改变DMZM的直流驱动电压,可以自动地对频率参考信号在光纤传输过程中带来的相位抖动进行补偿。实验结果表明,100 MHz的频率参考信号经过155公里光纤链路传输后,频率秒稳定度为9.56× 10-14,万秒稳定度为3.05× 10-17。针对分布式相参雷达系统对信号频率变换与相位调谐的需求,提出并实验验证了一种基于微波光子的变频移相技术。在传统微波光子变频器的基础上,增加一路希尔伯特变换光路,改变希尔伯特变换光路中双驱动马赫-曾德尔调制器DMZM的直流偏置电压,使原来对输出信号幅度的改变转移到相位上来。在没有使用光滤波器的情况下,实现信号在频率变换的同时能够进行相位改变。实验结果表明,0 GHz-4 GHz的中频信号与8 GHz-16 GHz信号之间可以相互进行频率变换,同时都具备0°到360°的相位调谐功能。综上所述,本论文系统并深入地研究了微波光子线性化、微波光子稳相传输、微波光子变频移相功能集成等关键技术,并实验验证了其性能优势。本论文的研究成果为微波光子技术在雷达射频前端的应用打下了坚实的基础。