[实用新型]微弱脉冲光信号检测装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种背景噪声下的微弱脉冲光信号检测装置，该装置可以在背景噪声情况下准确的检测和提取微弱的脉冲位置调制脉冲光信号，进而在此基础上对准确提取到的脉冲光信号进行正确的解调，并将解调结果实时输出显示和存储。

背景技术

随着脉冲激光器技术的不断发展，激光越来越广泛应用于自由空间激光通信领域，传输距离也在不断增加，应用场合也越来越多样化，与此同时随着激光传输距离的增加，传输信道所导致的脉冲畸变与衰减也越来越严重，接收能量达到了每微秒几个光子的水平甚至更低，接收脉冲的宽度也从上百纳秒～几十微秒甚至更长。通常自由空间激光通信大都采用脉冲位置调制方式，因而脉冲的畸变严重影响信号的正确解调，从而对光电检测技术也提出了越来越高的要求，传统的模拟光电探测技术已难以满足通信要求，单光子探测技术正在被越来越多的采用，相比较于传统的光电检测技术，单光子检测技术具有更高的灵敏度，可以用于探测微弱光信号。基于通信时信号的不确定和不可预知问题，对微弱光信号的接收提出了多方面要求：

①采用单光子探测技术，以满足超高灵敏度需求；

②能从背景噪声环境中提取信号，能根据不同应用场合、不同的背景噪声情形自动设置单光子甄别阈值，同时还能够抵抗一定的突发噪声；

③能够根据接收到的信号脉冲宽度情况自动调节匹配滤波的参数，准确的提取脉冲位置，并对提取的脉冲信号进行正确的解调，满足通信误码率性能要求；

④能够实时连续工作，装置集成化程度高，工作稳定可靠，成本低。

现有的单光子检测技术多采用国外进口的单光子计数卡，价格昂贵，开发灵活性差，无法满足特定需求，采用与单光子能量甄别的方案，主要解决高灵敏度的问题，然而对于实际的激光通信应用系统而言，通常处于背景光噪声中，同时随着应用场合的不同，背景噪声特性也会发生变化；此外传统的单光子检测技术通常采用固定脉宽周期内计数的方式对信号脉冲进行识别和提取，难于适应脉宽发生变化的场合，容易导致误码的产生。

发明内容

本实用新型要解决的问题在于克服上述传统光电检测技术和一般单光子检测技术在自由空间激光通信应用当中所遇到的难题，提供一种微弱脉冲光信号检测装置，该装置可以解决在不同应用场合、背景噪声和脉冲畸变下的脉冲光信号检测和提取的难题，基于高速DSP芯片，成本低，集成度高，具有一定的智能、灵敏度高、抗噪能力强、误码率低、结构简单和重量轻，可用于自由空间激光通信中脉冲位置调制微弱脉冲光信号的检测。

本实用新型的技术解决方案如下：

一种微弱脉冲光信号检测装置，其特点是包括高灵敏度光电倍增管、前置放大器、高速数字信号处理器和计算机，所述的高速数字信号处理器划分为高速A/D单元、自动阈值设置单元、单光子甄别输出单元、自适应脉宽匹配滤波单元、脉冲提取与定位输出单元和解调单元。

利用上述的装置进行微弱激光脉冲激光信号的探测方法，包括如下步骤：

①准备工作：所述的高速数字信号处理器上电复位，由该高速数字信号处理器的晶振提供主时钟信号f₀、T₀，并通过内部分频器分频输出f₁、T₁作为高速A/D单元数据采集A/D的时钟信号，再由该时钟信号送可调计数器，初步设置计数值，向自适应脉宽匹配滤波单元提供初始匹配滤波脉冲宽度为T₂的时钟信号f₂、T₂；

②光电转换：高灵敏度光电倍增管将微弱光信号转换为电信号并通过小信号低噪声前置放大电路放大后送入所述的高速数字信号处理器的高速A/D单元，将模拟信号转换为数字信号；

③自适应阈值甄别：在所述的高速数字信号处理器工作状态稳定后，该高速数字信号处理器将自适应阈值设置单元所有寄存器清零，并首先工作在阈值模式，接收高速A/D单元输出的数字信号，并将1秒钟内的背景噪声统计平均得到依据误码率性能的要求和背景噪声设置甄别阈值为：D=Q*N0,]]>其中Q为正整数，即甄别阈值为背景噪声的倍数，随之转入甄别模式，单光子甄别输出单元依次对高速A/D单元输出的数字信号进行甄别，确保在噪声情况下无输出，即输出为“0”，在有信号到达时，输出为“1”；