现代战争已逐渐演变为信息化战争,掌握信息的主动权是取得战争胜利的重要保障。瞬时频率测量(Instantaneous Frequency Measurement,IFM)是电子战的关键技术之一,通过快速并准确的获取目标的频率信息能够实现对目标对象的侦查、预警、干扰等目的。且在雷达和无线通信系统中通过对多普勒频移(Doppler Frequency Shift,DFS)和到达角(Angle Of Arrival,AOA)两个参数的测量能够准确跟踪移动对象的位置和速度。传统的电域参数测量系统由于其固有的电子器件速率瓶颈问题,测量范围受限,并且在复杂多变的测量环境中表现不佳。而光子辅助微波信号测量技术因其抗电磁干扰能力强、插入损耗低、体积小、重量轻等固有优势近年来受到了广泛的关注。本文首先综述了基于微波光子学的瞬时频率、多普勒频移和到达角测量的研究背景与研究现状,然后在深入分析微波光子学射频信号测量相关技术及原理的基础上,提出了基于微波光子学的瞬时频率测量方案和微波信号多普勒频移和到达角同时测量方案,然后通过仿真来验证所提出的两种方案的可行性。本论文的主要研究工作和创新点如下:(1)在深入分析基于频率-幅度映射的微波信号瞬时频率测量原理的基础上,提出了基于电光偏振调制器(Polarization Modulator,PolM)的测量范围可调的微波信号瞬时频率测量方案,通过对上下支路进行不同的偏振处理后,再由单模光纤为上下支路引入色散,使待测信号的频率信息映射为由色散引起的相位信息,再通过两个支路光电流幅度的比值构建幅度比较函数(Amplitude Comparison Function,ACF)。由理论分析可知,待测信号频率与ACF成线性关系,因此待测信号频率可由ACF推算得出,且该方案中系统测量范围可通过调节偏置电压和下支路偏振角调节。仿真结果表明,通过优化直流偏置电压和下分支的偏振角,该系统获得了 3-42.8GHz的最大频率测量范围,对于3GHz以上的微波信号,测量误差保持在0.1GHz以内。该方案仅需要单个偏振调制器和单个激光源,系统结构简单,且能够通过优选ACF的斜率改善系统测量分辨率。(2)在深入分析多普勒频移测量技术及到达角测量技术原理的基础上,提出了基于微波光子技术的多普勒频移及到达角同时测量方案,通过将载有回波信号信息的光波与载有本振信号(Local Oscillator,LO)信息的光波进行混频,然后将混频后信号的上边带和下边带分离为两路分别转换为电信号。由理论分析可知,本方案可通过处理两个低频光电流来获得雷达信号的DFS和AOA参数,且DFS的方向可通过比较两个电信号的相位差来确认。仿真结果表明,该系统能够测量± 100 kHz范围内的DFS,且误差小于±8×10-6Hz,DFS的方向通过比较两个电信号的相位差来确定。并且该系统能够测量1.82°～90°范围内的AOA,其误差不超过0.9°。该方案通过波长间插滤波器(interleaver,IL)分离光信号的上下边带,简化了系统结构。