專利名稱：大氣信道通信激光的初始空間相干度自適應(yīng)控制方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于大氣信道無線激光通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種大氣信道通信激光的初始空間相干度自適應(yīng)控制方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
大氣信道無線激光通信技術(shù)在“最后一公里”接入、局域/城域網(wǎng)擴(kuò)展、應(yīng)急指揮通信、快速通信組網(wǎng)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景，是當(dāng)前通信領(lǐng)域中的一個(gè)研究熱點(diǎn)。大氣湍流造成激光信號(hào)強(qiáng)度起伏，導(dǎo)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(hào)在一定條件下可以有效地減小大氣湍流導(dǎo)致的激光信號(hào)強(qiáng)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(dǎo)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(duì)通信激光的初始空間相干度進(jìn)行自適應(yīng)最優(yōu)控制對(duì)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(nèi)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(yīng)控制方法和系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)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(hào)強(qiáng)度起伏對(duì)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(yīng)控制系統(tǒng)包括收發(fā)共用光學(xué)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(diào)制器7、凸透鏡8、光纖9、數(shù)據(jù)調(diào)制與激光信號(hào)發(fā)射單元10、凸透鏡11、雪崩光電二級(jí)管探測器12、低通濾波電路、信號(hào)采集卡、DSP數(shù)字信號(hào)處理器、信號(hào)輸出卡、數(shù)據(jù)判決電路、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)提取單元。接收到的來自對(duì)方通信端機(jī)的光信號(hào)通過收發(fā)共用光學(xué)接收天線1轉(zhuǎn)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(jí)管探測器12上。數(shù)據(jù)調(diào)制與激光信號(hào)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(diǎn)位置處，凸透鏡8將經(jīng)光纖9傳導(dǎo)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(diào)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(xué)接收天線1上并發(fā)送到對(duì)方通信端機(jī)。雪崩光電二級(jí)管探測器12對(duì)入射光A002進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生的電信號(hào)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(hào)傳送到信號(hào)采集卡的輸入端，信號(hào)采集卡對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，將數(shù)字信號(hào)傳送給DSP數(shù)字信號(hào)處理器，DSP數(shù)字信號(hào)處理器對(duì)輸入的數(shù)字信號(hào)的起伏進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，計(jì)算出平均值7和方差…2并傳送到數(shù)據(jù)調(diào)制與激光信號(hào)發(fā)射單元10，由數(shù)據(jù)調(diào)制與激光信號(hào)發(fā)射單元10將平均值7和方差。2數(shù)據(jù)按一定的時(shí)間間隔調(diào)制到激光信號(hào)上，傳送給對(duì)方通信端機(jī)。數(shù)據(jù)判決電路輸出的數(shù)據(jù)信號(hào)傳送給統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)提取單元，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)提取單元從通信數(shù)據(jù)中提取對(duì)方通信端機(jī)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(hào)處理器， DSP數(shù)字信號(hào)處理器據(jù)此生成液晶空間光調(diào)制器7的控制信號(hào)A003 ；控制信號(hào)A003傳送到信號(hào)輸出卡的輸入端，經(jīng)信號(hào)輸出卡進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換后傳送到液晶空間光調(diào)制器7 ；液晶空間光調(diào)制器7根據(jù)控制信號(hào)A003在透射過液晶空間光調(diào)制器7的平行發(fā)射光A004的波前上加一個(gè)隨機(jī)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(hào)濾除，讓代表大氣湍流導(dǎo)致的光強(qiáng)起伏的低頻信號(hào)通過。本發(fā)明的特征還在于，相互通信的兩個(gè)端機(jī)具有相同的結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的特征還在于，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)提取單元定時(shí)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(duì)方通信端機(jī)發(fā)送來的平均值7和方差 < 數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)緩存中。本發(fā)明的特征還在于，DSP數(shù)字信號(hào)處理器的大氣信道通信激光的初始空間相干度自適應(yīng)控制方法及工作步驟如下StepOOl 設(shè)置P為某給定初始值；St印002 產(chǎn)生一個(gè)NXN的高斯白噪聲二維矩陣R，其中N為液晶空間光調(diào)制器7 的像元行數(shù)或者列數(shù)，液晶空間光調(diào)制器7的像元行數(shù)和列數(shù)相等；按如下公式計(jì)算二維隨機(jī)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(hào)，η表示二維矩陣R的列號(hào)，Δ χ禾Π Δ y分
別表示液晶空間光調(diào)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(diào)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(gè)給定的常數(shù)，1。為橫向相關(guān)長度，且1。等于P減去一個(gè)給定的步長Δ1。；將二維隨機(jī)相位屏P通過信號(hào)輸出卡傳送到液晶空間光調(diào)制器7，作為液晶空間光調(diào)制器7的控制信號(hào)，在平行發(fā)射光A004的波前上加一個(gè)隨機(jī)相位，改變平行發(fā)射光A004的空間相干度；St印003 延遲一個(gè)平均值7和方差<數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)間間隔；讀取統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)提取單元傳送來的對(duì)方通信端機(jī)發(fā)送來的平均值7和方差~2數(shù)據(jù)；計(jì)算1-σ,；St印004 產(chǎn)生一個(gè)NXN的高斯白噪聲二維矩陣R，其中N為液晶空間光調(diào)制器7 的像元行數(shù)或者列數(shù)，液晶空間光調(diào)制器7的像元行數(shù)和列數(shù)相等；按如下公式計(jì)算二維隨機(jī)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(hào)，n表示二維矩陣R的列號(hào)，Δ x禾Π Δ y分別表示液晶空間光調(diào)制器7的像元的寬和長，
權(quán)利要求
1.大氣信道通信激光的初始空間相干度自適應(yīng)控制方法和系統(tǒng)，其特征在于，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和實(shí)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(yīng)控制方法和系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)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(hào)強(qiáng)度起伏對(duì)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(yīng)控制系統(tǒng)包括收發(fā)共用光學(xué)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(diào)制器7、 凸透鏡8、光纖9、數(shù)據(jù)調(diào)制與激光信號(hào)發(fā)射單元10、凸透鏡11、雪崩光電二級(jí)管探測器12、 低通濾波電路、信號(hào)采集卡、DSP數(shù)字信號(hào)處理器、信號(hào)輸出卡、數(shù)據(jù)判決電路、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)提取單元；接收到的來自對(duì)方通信端機(jī)的光信號(hào)通過收發(fā)共用光學(xué)接收天線1轉(zhuǎn)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(jí)管探測器12上；數(shù)據(jù)調(diào)制與激光信號(hào)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(diǎn)位置處，凸透鏡8將經(jīng)光纖9傳導(dǎo)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(diào)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(xué)接收天線1上并發(fā)送到對(duì)方通信端機(jī)；雪崩光電二級(jí)管探測器12對(duì)入射光A002進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生的電信號(hào)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(hào)傳送到信號(hào)采集卡的輸入端，信號(hào)采集卡對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，將數(shù)字信號(hào)傳送給DSP數(shù)字信號(hào)處理器，DSP數(shù)字信號(hào)處理器對(duì)輸入的數(shù)字信號(hào)的起伏進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，計(jì)算出平均值7和方差W 并傳送到數(shù)據(jù)調(diào)制與激光信號(hào)發(fā)射單元10，由數(shù)據(jù)調(diào)制與激光信號(hào)發(fā)射單元10將平均值7 和方差 < 數(shù)據(jù)按一定的時(shí)間間隔調(diào)制到激光信號(hào)上，傳送給對(duì)方通信端機(jī)；數(shù)據(jù)判決電路輸出的數(shù)據(jù)信號(hào)傳送給統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)提取單元，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)提取單元從通信數(shù)據(jù)中提取對(duì)方通信端機(jī)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(hào)處理器，DSP 數(shù)字信號(hào)處理器據(jù)此生成液晶空間光調(diào)制器7的控制信號(hào)A003 ；控制信號(hào)A003傳送到信號(hào)輸出卡的輸入端，經(jīng)信號(hào)輸出卡進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換后傳送到液晶空間光調(diào)制器7 ；液晶空間光調(diào)制器7根據(jù)控制信號(hào)A003在透射過液晶空間光調(diào)制器7的平行發(fā)射光A004的波前上加一個(gè)隨機(jī)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(hào)濾除，讓代表大氣湍流導(dǎo)致的光強(qiáng)起伏的低頻信號(hào)通過；本發(fā)明的特征還在于，相互通信的兩個(gè)端機(jī)具有相同的結(jié)構(gòu)； 本發(fā)明的特征還在于，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)提取單元定時(shí)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(duì)方通信端機(jī)發(fā)送來的平均值7和方差<數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)緩存中；本發(fā)明的特征還在于，DSP數(shù)字信號(hào)處理器的大氣信道通信激光的初始空間相干度自適應(yīng)控制方法及工作步驟如下StepOOl 設(shè)置P為某給定初始值；St印002 產(chǎn)生一個(gè)NXN的高斯白噪聲二維矩陣R，其中N為液晶空間光調(diào)制器7的像元行數(shù)或者列數(shù)，液晶空間光調(diào)制器7的像元行數(shù)和列數(shù)相等；按如下公式計(jì)算二維隨機(jī)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(yīng)控制方法和系統(tǒng)，屬于大氣信道無線激光通信技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明利用從對(duì)方通信端機(jī)發(fā)送來的信號(hào)均值和方差數(shù)據(jù)，來產(chǎn)生二維隨機(jī)相位屏；以二維隨機(jī)相位屏作為控制信號(hào)來控制液晶空間光調(diào)制器為發(fā)射的通信激光的波前加一個(gè)隨機(jī)相位，實(shí)現(xiàn)對(duì)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(duì)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(hào)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(quán)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(xué)