[发明专利]大气对无线激光通信影响的实验室模拟方法

说明书

技术领域

本发明属于大气信道无线激光通信技术领域，涉及一种大气对无线激光通信影响的实验室模拟方法。

背景技术

近年来，无线激光通信受到人们的广泛关注。当无线激光通信系统工作在地球大气中时，大气吸收和散射造成激光信号功率发生衰减，大气湍流导致激光信号出现强度闪烁、光束漂移等现象，会严重降低通信系统的性能。大气影响最终表现为导致激光通信接收机收到的光信号强度发生随机起伏。在强度调制/直接检测激光通信系统中，使用阈值判决法实现数据检测。判决阈值的选取对最终的通信误码率有很大的影响。为了减小通信误码率，往往需要在激光通信接收机中使用某种最优判决阈值估计算法来估计最优的判决阈值。通常情况下，最优阈值估计算法的性能受接收光信号自身的起伏特性影响。因此，激光通信接收机的最优判决阈值估计算法的性能需要在实际通信工作过程中进行检验。开展野外无线激光通信试验是检验激光通信接收机的最优判决阈值估计算法性能的一种有效手段。但是，一方面开展野外试验的成本比较高，另一方面，受时间、地点、气象条件的限制，野外试验能涉及的外界大气条件有限，在试验过程中不能灵活地改变大气条件。因此，如何在实验室内模拟各种大气条件对激光信号传输的影响，并将这些影响加到实际的无线激光通信系统中，对于无线激光通信系统设计结果有效性的检验以及设计参数的优化有重要的作用。

激光大气湍流传输模拟有多种方法，包括：①激光在大气湍流模拟池中传输、激光穿过用空间光调制器模拟的湍流等半实物模拟方法；②基于随机相位屏的数值模拟方法。半实物模拟方法受物理条件限制，难以准确地模拟出给定的大气湍流内外尺度以及风速参数。一篇发表在《Optics Express》2008年16卷3期2206～2220页的文章，使用基于随机相位屏的数值模拟方法，模拟的了激光在大气湍流中传输时的光强闪烁时间特性；实际上，使用基于随机相位屏的激光大气湍流传输数值模拟方法可以得到接收面上的随时间变化的光斑强度分布，再对光学接收天线口径内的光强进行积分求和，即可得到光学接收天线实际收到的随时间变化的光信号功率。

发明内容

本发明方法的目的在于提供一种大气对无线激光通信影响的实验室模拟方法，实现在实验室内模拟大气对无线激光通信系统的光信号传输的影响。

本发明方法的技术解决方案：首先根据无线激光通信试验的链路参数和所考虑的大气条件，利用数值方法计算出激光大气传输的透过率和接收光信号的时域起伏数据；在激光通信接收机A001的光学接收天线103和探测器105之间，使用电光调制器104来控制接收光信号的强度；根据数值方法计算得到的透过率和接收光信号的时域起伏数据，通过计算机108生成电光调制器104的驱动控制信号A002，以便通过驱动控制电路模块107控制电光调制器104的输出光信号强度，将大气对激光传输的影响加到激光通信接收机的接收光信号中，实现大气对无线激光通信影响的实验室模拟。如图1所示，激光通信发射机101发射的激光信号经光学透镜组102后被光学接收天线103接收，再经电光调制器104进行强度调制后，入射到激光通信接收机A001的探测器105上；探测器105的输出电信号传送给码元符号判决模块106，由码元符号判决模块106实现最终的通信数据检测；计算机108根据数值方法计算得到的激光大气传输的透过率和接收光信号的时域起伏数据，生成电光调制器104的驱动控制信号A002，驱动控制信号A002通过驱动控制电路模块107传送给电光调制器104。光学透镜组102对激光通信发射机101发射的光束进行变换，使激光通信发射机101发射的光束能完全被光学接收天线103接收。

为了正确地生成电光调制器104的驱动控制信号A002，需要事先对电光调制器104进行标定。如图2所示，通过实验测量得到电光调制器104的透光率T随驱动控制信号v的变化关系曲线A003，其中透光率T为1表示入射到电光调制器104上的激光完全从电光调制器104透射过去，透光率T为0表示入射到电光调制器104上的激光完全不能从电光调制器104透射过去。

本发明方法根据无线激光通信试验的链路距离、所考虑的试验地点的海拔/地形/地貌/气溶胶类型、激光波长，使用MODTRAN软件计算激光大气传输的透过率τ。