[发明专利]一种基于大气参数评估空间激光通信系统误码率的实验装置

权利要求书

1.一种基于大气参数评估空间激光通信系统误码率的实验装置，其特征在于：包括发射终端和接收终端，所述发射终端由调制信号源、半导体激光器、光具座、扩束镜、第一俯仰转台和第一航向转台构成，所述调制信号源通过同轴信号线与半导体激光器的调制信号接口连接，所述半导体激光器通过光纤与扩束镜连接，所述扩束镜被固定在光具座上，所述调制信号源、半导体激光器和光具座均被固定安装在第一俯仰转台上，所述第一俯仰转台固定安装在第一航向转台上；所述接收终端由卡塞格林望远镜、光电探测器、计算机、第二俯仰转台和第二航向转台构成，所述卡塞格林望远镜与光电探测器之间通过光纤连接，光纤的一端安装在卡塞格林望远镜的焦点处，光纤的另一端安装在光电探测器的光敏面处，所述卡塞格林望远镜和光电探测器均固定安装在第二俯仰转台上，所述第二俯仰转台固定安装在第二航向转台上，所述光电探测器的输出端与计算机的高速采集卡输入接口通过同轴信号线连接；所述发射终端与接收终端之间相隔一段距离，所述发射终端由扩束镜发出激光光束，激光光束在大气中传输一段距离后由接收终端的卡塞格林望远镜接收。

2.一种基于大气参数评估空间激光通信系统误码率的计算方法，基于公式

                                                      ，   (1)

       ，   (2)

       ，   (3)

       ，      (4)

式中，虚警概率P_FA是指发送“0”码时噪声的幅度大于判决阈值的概率，漏警概率P_MISS是指发送“1”码时信号与噪声之和小于判决阈值的概率，Q( )为Q函数，ε为光强调制器的消光比，y_Th为判决阈值电流，e为电子电荷，G为探测器倍增因子，F为探测器噪声系数，n_φ为探测器每个比特接收到的光子数，B为探测器工作带宽，K_B为波尔兹曼常数，T为绝对温度，R_L为负载电阻，S为归一化光强，σ’_lns²为经过孔径平均后的对数光强起伏方差；

其特征在于：

①、由于系统工作时的测量值为电压，因此将式(2)、(3)中的n_φ和y_Th参数替换为相应的电压形式，替换后对计算结果没有影响；

    ②、考虑到背景光的影响，将式(2)、(3)中的热噪声方差4BK_BT/R_L替换为体现背景光噪声和热噪声综合影响的实测值σ_b²，替换后的计算结果与实际值更加吻合； 

    ③、考虑到大气湍流对信号和散粒噪声造成的随机起伏，将无湍流条件下发送“0”码时的信号电流均值eGεn_φ替换为湍流条件下实测信号电压均值<U₀>，散粒噪声2Bn_φεe²FG²替换为2eBGF<U₀>R_i，无湍流条件发送“1”码时的信号电流均值eGn_φ替换为实测信号电压均值<U₁>，散粒噪声2Bn_φe²FG²替换为2eBGF<U₁>R_i，同时修改公式以体现归一化光强S的影响，修改后的计算结果与实际值更加吻合；

    ④、考虑到理论模型与实际大气的差异，根据文献[饶瑞中, 王世鹏, 刘晓春,光学学报, 19(1): 81~86(1999)]所述方法，将式(4)中的对数正态分布模型替换为根据实测数据拟合出的大气光强概率分布函数，替换后的计算结果与实际值更加吻合；

    基于以上改进，经推导后得到了更加准确的误码率公式：

       ，(5)

式中R_i为探测器前置放大倍数，光强概率分布函数p(S)的具体形式可以采用实测数据的中心矩进行拟合。

3.根据权利要求2所述的一种基于大气参数评估空间激光通信系统误码率的计算方法，其特征在于：判决阈值电压U_T、探测器工作带宽B、探测器倍增因子G、探测器噪声系数F、探测器前置放大倍数R_i为已知的系统固有参数，并且通过数据处理得到实测参数<U₀>、<U₁>、σ_b²和p(S)。