[发明专利]一种提高空间光通信系统光束位置检测精度的系统及方法

说明书

本发明公开了一种提高空间光通信系统光束位置检测精度的系统及方法。区别于一般光束位置检测中对非线性问题进行修正的方法，本方法从抑制探测器噪声的角度，通过提高探测器输出信噪比的方式，提高空间光通信系统的光束位置检测精度。此方法可以增强探测器输出信号在局部频点上的信噪比，可在信噪比极低的情况下检测光束位置。对空间光通信系统的环境适应能力有显著的提高。

技术领域

本发明属于自由空间光通信跟踪控制技术领域，具体涉及一种提高空间光通信系统光束位置检测精度的系统及方法。

背景技术

自由空间光通信(FSO)兼容了无线通信和光纤通信的优点，得到越来越广泛的应用。这种通信方式中，使用激光束实现点对点传输，在通信过程中需要通信双方互相保持瞄准和跟踪状态，以维持通信链路畅通。所以，光学天线控制是FSO系统中的一项关键的技术，其中光束位置检测的主要功能是检测信标光射入角度偏差，以此发布跟踪和指向指令。入射光角度偏差检测的精度决定了FSO系统的性能。

四象限探测器QD和位置探测器(PSD)是FSO系统中主要使用的光束位置探测器。两种探测器都是将入射的信标光转换为电流信号，并依据输出4路电流信号的比值计算得到光束位置。它们具有分辨率高、固有噪声低、响应速度快等优点，广泛应用于高精度的位置测量和跟踪。现有的基于QD的光斑位置检测技术，是通过修正QD的非线性性来提高检测精度。但是在实际应用中，特别是大气信道的FSO系统中，信标光信号经大气湍流的衰减，受背景光和探测器暗电流的影响，两种光束位置探测器输出电流的信噪比非常低。这直接影响了光束位置检测的精度，在输出信噪比极低的情况下，现有的光束位置检测系统无法工作。

因此，本文提出了一种通过提高局部频点信噪比以改进光斑位置检测精度的方法。根据背景光噪声和探测器所含的主要噪声都为宽频带白噪声这一特点，在发射端使用正弦信号调制信标光，并在接收端产生频率相同的调制信号，与收到的信标光信号进行循环互相关运算，在局部频点上很好的抑制噪声，增强了局部信噪比，提高了位置检测精度。

发明内容

本发明要解决的技术问题为：克服在低信噪比条件下现有光束位置检测精度不足的问题。采用循环互相关的方法，显著地提高探测器输出信噪比。该方法将提升信噪比方法应用于光束位置检测系统中，相对于常规的非线性修正模式，抗干扰能力，具有数量级的提升。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：一种提高空间光通信系统光束位置检测精度的系统及方法。在发射端对信标光进行强度调制，在接收端产生于调制信号相同的参考信号，将参考信号与探测器输出信号一起进行循环互相关运算，然后多次检测运算结果的幅度值，并对检测到的幅度值求平均，最后利用平均幅度值计算光束位置。该方法能显著提高系统在低信噪比条件下的检测精度。实现的框图如图1所示。

一种提高空间光通信系统光束位置检测精度的系统，包括：光电探测器100、电流/电压转换器101、放大器102、A/D转换器103、处理器104。光电探测器100将信标光转换为光电流信号，光电流信号在电流/电压转换器101中被转换为电压信号，经放大器102放大后由A/D转换器103变换为数字信号，处理器104接收该数字信号，处理器104包括幅度检测器1001、数字信号发生器1002、相位控制器1003，脱靶量计算单元1004。其中相位控制器1003接A/D转换器发过来的数字位置信号x(n)以及数字信号发生器1002送出的本地参考信号y(n)，经鉴相后，送出相位差信号θ；数字信号发生器1002接收相位差信号θ修正自身输出信号的频率，直到相位差稳定。调节后的数字信号y(n)，与A/D转换器输出信号x(n)一起送入幅度检测器1001增强信号信噪比，所得结果r(m)送入脱靶量计算单元1004，输出A轴和E轴偏移量。