專利名稱：大氣信道通信激光的初始空間相干度自適應控制方法和系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于大氣信道無線激光通信技術領域，涉及一種大氣信道通信激光的初始空間相干度自適應控制方法和系統(tǒng)。
背景技術：
大氣信道無線激光通信技術在“最后一公里”接入、局域/城域網(wǎng)擴展、應急指揮通信、快速通信組網(wǎng)等領域有著廣泛的應用前景，是當前通信領域中的一個研究熱點。大氣湍流造成激光信號強度起伏，導致鏈路誤碼率增加。在大氣信道無線激光通信中，使用空間部分相干光傳輸信號在一定條件下可以有效地減小大氣湍流導致的激光信號強度起伏，提高通信鏈路性能。因此降低通信激光的初始空間相干度可以成為抑制無線激光通信中的大氣湍流影響的一條途徑。另一方面，通信激光的初始空間相干度的降低也導致光束發(fā)散更快，造成光束橫截面上的功率密度降低。因此，對通信激光的初始空間相干度進行自適應最優(yōu)控制對提高大氣信道無線激光通信鏈路的性能有著非常重要的意義。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種大氣信道通信激光的初始空間相干度自適應控制方法和系統(tǒng)，實現(xiàn)對大氣信道無線激光通信系統(tǒng)中的通信激光的初始空間相干度的最優(yōu)控制， 以便減小大氣湍流造成的激光信號強度起伏對通信系統(tǒng)性能的影響。如

圖1所示，本發(fā)明的大氣信道通信激光的初始空間相干度自適應控制系統(tǒng)包括收發(fā)共用光學接收天線1、凸透鏡2、凸透鏡3、半反半透分光片4、凸透鏡5、凸透鏡6、液晶空間光調制器7、凸透鏡8、光纖9、數(shù)據(jù)調制與激光信號發(fā)射單元10、凸透鏡11、雪崩光電二級管探測器12、低通濾波電路、信號采集卡、DSP數(shù)字信號處理器、信號輸出卡、數(shù)據(jù)判決電路、統(tǒng)計數(shù)據(jù)提取單元。接收到的來自對方通信端機的光信號通過收發(fā)共用光學接收天線1轉換為平行入射光并入射到凸透鏡2上，經(jīng)凸透鏡2變換后的入射光入射到凸透鏡3上并被變換為平行入射光A001，平行入射光AOOl經(jīng)半反半透分光片4反射后入射到凸透鏡11上，經(jīng)凸透鏡 11變換后的入射光A002入射到雪崩光電二級管探測器12上。數(shù)據(jù)調制與激光信號發(fā)射單元10輸出的發(fā)射光被耦合到光纖9的入射端，光纖9 的出射端位于凸透鏡8的焦點位置處，凸透鏡8將經(jīng)光纖9傳導的發(fā)射光變換成平行發(fā)射光A004，平行發(fā)射光A004透射過液晶空間光調制器7并入射到凸透鏡6上，經(jīng)凸透鏡6變換后的發(fā)射光入射到凸透鏡5上并被變換為平行發(fā)射光，經(jīng)凸透鏡5變換后的平行發(fā)射光透射過半反半透分光片4并入射到凸透鏡3上，經(jīng)凸透鏡3變換后的發(fā)射光入射到凸透鏡2 上，經(jīng)凸透鏡2變換后的發(fā)射光入射到收發(fā)共用光學接收天線1上并發(fā)送到對方通信端機。雪崩光電二級管探測器12對入射光A002進行光電轉換，產(chǎn)生的電信號分別傳送到數(shù)據(jù)判決電路的輸入端和低通濾波電路的輸入端，經(jīng)低通濾波電路處理后的信號傳送到信號采集卡的輸入端，信號采集卡對輸入信號進行模數(shù)轉換，將數(shù)字信號傳送給DSP數(shù)字信號處理器，DSP數(shù)字信號處理器對輸入的數(shù)字信號的起伏進行統(tǒng)計，計算出平均值7和方差…2并傳送到數(shù)據(jù)調制與激光信號發(fā)射單元10，由數(shù)據(jù)調制與激光信號發(fā)射單元10將平均值7和方差。2數(shù)據(jù)按一定的時間間隔調制到激光信號上，傳送給對方通信端機。數(shù)據(jù)判決電路輸出的數(shù)據(jù)信號傳送給統(tǒng)計數(shù)據(jù)提取單元，統(tǒng)計數(shù)據(jù)提取單元從通信數(shù)據(jù)中提取對方通信端機發(fā)送來的平均值7和方差 < 數(shù)據(jù)并傳送給DSP數(shù)字信號處理器， DSP數(shù)字信號處理器據(jù)此生成液晶空間光調制器7的控制信號A003 ；控制信號A003傳送到信號輸出卡的輸入端，經(jīng)信號輸出卡進行數(shù)模轉換后傳送到液晶空間光調制器7 ；液晶空間光調制器7根據(jù)控制信號A003在透射過液晶空間光調制器7的平行發(fā)射光A004的波前上加一個隨機相位，改變平行發(fā)射光A004的空間相干度。本發(fā)明的特征還在于，低通濾波電路將代表傳輸數(shù)據(jù)的高頻信號濾除，讓代表大氣湍流導致的光強起伏的低頻信號通過。本發(fā)明的特征還在于，相互通信的兩個端機具有相同的結構。本發(fā)明的特征還在于，統(tǒng)計數(shù)據(jù)提取單元定時地從數(shù)據(jù)判決電路輸出的通信數(shù)據(jù)序列中提取對方通信端機發(fā)送來的平均值7和方差 < 數(shù)據(jù)并存儲在數(shù)據(jù)緩存中。本發(fā)明的特征還在于，DSP數(shù)字信號處理器的大氣信道通信激光的初始空間相干度自適應控制方法及工作步驟如下StepOOl 設置P為某給定初始值；St印002 產(chǎn)生一個NXN的高斯白噪聲二維矩陣R，其中N為液晶空間光調制器7 的像元行數(shù)或者列數(shù)，液晶空間光調制器7的像元行數(shù)和列數(shù)相等；按如下公式計算二維隨機相位屏化φ(χ, y) =Σ R(、’ Ky )V^d，S)exPW*^ + S 力]’其中 x = mAx，y = nAy，κ χ =mA κχ, Ky = nA κ y，m表示二維矩陣R的行號，η表示二維矩陣R的列號，Δ χ禾Π Δ y分
別表示液晶空間光調制器7的像元的寬和長，M，F(xiàn)s(Kx，
Ky) = 2π^ΔζΦη(κχ, Ky)，k = 2Ji/X，λ為通信激光波長，Δ ζ為液晶空間光調制器
7的等效傳輸厚度，=+/>21，κ = (κχ, κ y)，C表示等效的折射率起伏方
差，C為一個給定的常數(shù)，1。為橫向相關長度，且1。等于P減去一個給定的步長Δ1。；將二維隨機相位屏P通過信號輸出卡傳送到液晶空間光調制器7，作為液晶空間光調制器7的控制信號，在平行發(fā)射光A004的波前上加一個隨機相位，改變平行發(fā)射光A004的空間相干度；St印003 延遲一個平均值7和方差<數(shù)據(jù)發(fā)送時間間隔；讀取統(tǒng)計數(shù)據(jù)提取單元傳送來的對方通信端機發(fā)送來的平均值7和方差~2數(shù)據(jù)；計算1-σ,；St印004 產(chǎn)生一個NXN的高斯白噪聲二維矩陣R，其中N為液晶空間光調制器7 的像元行數(shù)或者列數(shù)，液晶空間光調制器7的像元行數(shù)和列數(shù)相等；按如下公式計算二維隨機相位屏…<P(x,y) = ^Y1C1 Σνν r^，Ky，Ky ) ^PiKfCxX 十 ^y)] ’其中 x=mAx，y = nAy，Kx
=mA κχ, Ky = nA κ y，m表示二維矩陣R的行號，n表示二維矩陣R的列號，Δ x禾Π Δ y分別表示液晶空間光調制器7的像元的寬和長，
權利要求
1.大氣信道通信激光的初始空間相干度自適應控制方法和系統(tǒng)，其特征在于，系統(tǒng)結構和實施方法如下本發(fā)明的目的是提供一種大氣信道通信激光的初始空間相干度自適應控制方法和系統(tǒng)，實現(xiàn)對大氣信道無線激光通信系統(tǒng)中的通信激光的初始空間相干度的最優(yōu)控制，以便減小大氣湍流造成的激光信號強度起伏對通信系統(tǒng)性能的影響；本發(fā)明的大氣信道通信激光的初始空間相干度自適應控制系統(tǒng)包括收發(fā)共用光學接收天線1、凸透鏡2、凸透鏡3、半反半透分光片4、凸透鏡5、凸透鏡6、液晶空間光調制器7、 凸透鏡8、光纖9、數(shù)據(jù)調制與激光信號發(fā)射單元10、凸透鏡11、雪崩光電二級管探測器12、 低通濾波電路、信號采集卡、DSP數(shù)字信號處理器、信號輸出卡、數(shù)據(jù)判決電路、統(tǒng)計數(shù)據(jù)提取單元；接收到的來自對方通信端機的光信號通過收發(fā)共用光學接收天線1轉換為平行入射光并入射到凸透鏡2上，經(jīng)凸透鏡2變換后的入射光入射到凸透鏡3上并被變換為平行入射光A001，平行入射光AOOl經(jīng)半反半透分光片4反射后入射到凸透鏡11上，經(jīng)凸透鏡11 變換后的入射光A002入射到雪崩光電二級管探測器12上；數(shù)據(jù)調制與激光信號發(fā)射單元10輸出的發(fā)射光被耦合到光纖9的入射端，光纖9的出射端位于凸透鏡8的焦點位置處，凸透鏡8將經(jīng)光纖9傳導的發(fā)射光變換成平行發(fā)射光 A004,平行發(fā)射光A004透射過液晶空間光調制器7并入射到凸透鏡6上，經(jīng)凸透鏡6變換后的發(fā)射光入射到凸透鏡5上并被變換為平行發(fā)射光，經(jīng)凸透鏡5變換后的平行發(fā)射光透射過半反半透分光片4并入射到凸透鏡3上，經(jīng)凸透鏡3變換后的發(fā)射光入射到凸透鏡2上， 經(jīng)凸透鏡2變換后的發(fā)射光入射到收發(fā)共用光學接收天線1上并發(fā)送到對方通信端機；雪崩光電二級管探測器12對入射光A002進行光電轉換，產(chǎn)生的電信號分別傳送到數(shù)據(jù)判決電路的輸入端和低通濾波電路的輸入端，經(jīng)低通濾波電路處理后的信號傳送到信號采集卡的輸入端，信號采集卡對輸入信號進行模數(shù)轉換，將數(shù)字信號傳送給DSP數(shù)字信號處理器，DSP數(shù)字信號處理器對輸入的數(shù)字信號的起伏進行統(tǒng)計，計算出平均值7和方差W 并傳送到數(shù)據(jù)調制與激光信號發(fā)射單元10，由數(shù)據(jù)調制與激光信號發(fā)射單元10將平均值7 和方差 < 數(shù)據(jù)按一定的時間間隔調制到激光信號上，傳送給對方通信端機；數(shù)據(jù)判決電路輸出的數(shù)據(jù)信號傳送給統(tǒng)計數(shù)據(jù)提取單元，統(tǒng)計數(shù)據(jù)提取單元從通信數(shù)據(jù)中提取對方通信端機發(fā)送來的平均值7和方差<數(shù)據(jù)并傳送給DSP數(shù)字信號處理器，DSP 數(shù)字信號處理器據(jù)此生成液晶空間光調制器7的控制信號A003 ；控制信號A003傳送到信號輸出卡的輸入端，經(jīng)信號輸出卡進行數(shù)模轉換后傳送到液晶空間光調制器7 ；液晶空間光調制器7根據(jù)控制信號A003在透射過液晶空間光調制器7的平行發(fā)射光A004的波前上加一個隨機相位，改變平行發(fā)射光A004的空間相干度；本發(fā)明的特征還在于，低通濾波電路將代表傳輸數(shù)據(jù)的高頻信號濾除，讓代表大氣湍流導致的光強起伏的低頻信號通過；本發(fā)明的特征還在于，相互通信的兩個端機具有相同的結構； 本發(fā)明的特征還在于，統(tǒng)計數(shù)據(jù)提取單元定時地從數(shù)據(jù)判決電路輸出的通信數(shù)據(jù)序列中提取對方通信端機發(fā)送來的平均值7和方差<數(shù)據(jù)并存儲在數(shù)據(jù)緩存中；本發(fā)明的特征還在于，DSP數(shù)字信號處理器的大氣信道通信激光的初始空間相干度自適應控制方法及工作步驟如下StepOOl 設置P為某給定初始值；St印002 產(chǎn)生一個NXN的高斯白噪聲二維矩陣R，其中N為液晶空間光調制器7的像元行數(shù)或者列數(shù)，液晶空間光調制器7的像元行數(shù)和列數(shù)相等；按如下公式計算二維隨機相位屏爐
全文摘要
本發(fā)明公開一種大氣信道通信激光的初始空間相干度自適應控制方法和系統(tǒng)，屬于大氣信道無線激光通信技術領域。本發(fā)明利用從對方通信端機發(fā)送來的信號均值和方差數(shù)據(jù)，來產(chǎn)生二維隨機相位屏；以二維隨機相位屏作為控制信號來控制液晶空間光調制器為發(fā)射的通信激光的波前加一個隨機相位，實現(xiàn)對通信激光的初始空間相干度的最優(yōu)控制。利用本發(fā)明可以顯著減小大氣湍流對無線激光通信系統(tǒng)的影響，提高通信系統(tǒng)性能。
文檔編號H04B10/10GK102510306SQ20111036941
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月21日 優(yōu)先權日2011年11月21日
發(fā)明者任志鵬, 何飛, 佟首峰, 婁巖, 楊華民, 陳純毅 申請人:長春理工大學