[发明专利]一种光子探测阵列信号的合成及开环同步方法

说明书

本发明涉及一种光子探测阵列信号的合成及开环同步方法，属于深空激光通信领域。首先由N个光子探测器对经过信道传输后的PPM信号进行探测，其次测量各支路信号每个光子到达时间并完成各支路信号的合并，然后进行定时误差估计，根据估计的初始相偏和频偏对合成信号进行PPM时隙数据恢复，最后解调输出。本发明通过测量光子到达时间实现PPM时隙同步从而进一步实现解调，采用开环同步方式来代替锁相环、早迟门的闭环时钟同步方式实现时隙同步，阵列信号合成方法简单，易于实现，误码率低，精度较高。

技术领域

本发明属于深空激光通信领域，涉及一种光子探测阵列信号的合成及开环同步方法。

背景技术

激光通信具有容量大、功耗低、天线尺寸小等诸多优势，在远距离空间通信中极具发展前景。在深空激光通信中，为降低对发射激光功率的要求，脉冲位置调制(PulsePosition Modulation,PPM)和光子探测器阵列是普遍认可的两项关键技术。

相比传统开关键控(On-OffKeying,OOK)调制方式，PPM调制具有能量效率高和抗干扰能力强等优点，它通过展宽信号带宽来降低对信号能量的要求。

光子探测器可探测单个入射光子，入射光子激发的一个电子经过极大倍数的放大后输出一个强电脉冲，其探测灵敏度远高于传统的雪崩光电二极管(APD)，也高于前置光放大器或相干光探测方式。其主要缺点是一次探测只能分辨一个光子，一般较长的恢复时间后才能探测下一个光子，因此器件重复频率较低。解决光子探测器重复频率低这个缺点的主要方法是采用阵列技术，接收机由多个光子探测器组成阵列，各子探测单元独立工作，当其中一部分探测单元处于恢复状态时，另一些探测单元可能正好处于工作状态，这种方式可显著提高探测频率，并可利用阵列分集接收特性抑制各种衰落的影响。

时隙同步是PPM调制解调系统的一项关键技术，同步系统建立不起来，解调就无从谈起。一般PPM时隙同步主要以闭环跟踪的锁相环、早迟门方式为主，这种闭环时钟同步方式由于需要进行闭环跟踪，系统不可避免的比较复杂，当采用阵列接收时更加复杂。对于采用阵列接收时的闭环时钟传统方案来说都有其各自的缺点，若采用单路信号跟踪时，各支路信号比较弱，难以实现时隙同步；若采用各支路信号协同跟踪时，系统又太过复杂。为此，设计出无需闭环跟踪的结构简单的时隙同步方法具有重要意义。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种数字信号处理的开环同步方式来代替锁相环、早迟门的闭环时钟同步方式实现时隙同步，阵列信号合成方法简单且易实现。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种光子探测阵列信号的合成及开环同步方法，包括以下步骤：

S1：利用N个光子探测器对经过信道传输后的信号进行探测，将测量得到的各路信号中每个光子到达时间转换成对应的时隙信息数据；

S2：相关及合并各支路信号；

S3：根据相关得到的时隙位置偏移值将各路信号的计数值对齐并进行定时误差估计；

S4：根据估计的初始相偏和频偏对合成信号进行PPM时隙数据恢复；

S5：解调输出。

进一步，所述各路信号中每个光子到达时间测量方法为：每个光子经过光子探测器后产生一个脉冲信号，每路信号分别用一个计数器进行计数，通过检测各个脉冲上升沿的方式测量得到各支路光子到达时间，并将测量所得数据进行存储。

进一步，所述步骤S2具体为：对N路阵列信号按信号强弱顺序从高到低进行排序，将前两路最强的信号进行相关，最大相关值的出现位置即为时隙对齐位置，将两路信号时隙对齐后，通过“和”合并方式合并成一路信号；将合并的信号再与剩下的最强的信号进行相关并合并；以此类推，将N路阵列信号合并成一路信号。