[发明专利]一种空间混沌激光保密通信系统中大气湍流失配补偿方法

权利要求书

1.一种空间混沌激光保密通信系统中高精度大气湍流失配补偿方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、卫星上的光学跟瞄子系统在完成发射端与接收端的瞄准工作后，令跟瞄子系统发出功率恒定的信标光，作为失配补偿的参考基准，计算出传输衰减系数以及放大后的出射光信号强度；

步骤二、发射端发射的信号经过放大，经大气信道传输后到达地面接收端，通过光耦合器分为两路，一路光进入接收端的APD探测器，另一路光进入接收端的混沌起振环路；根据同一时刻实际接收到的信标光功率计算出大气湍流影响系数；此时接收端的信号强度受到大气湍流的影响，未进行补偿；

步骤三、根据计算得到的大气湍流影响系数，对接收端与发射端混沌起振环路内的光电反馈增益失配，即内失配进行补偿，使得接收端产生的混沌载波与发射端产生的混沌载波的状态保持一致；

步骤四、根据计算得到的大气湍流影响系数，对接收端的两个探测器之间的光功率失配，即外失配进行补偿，使得两个探测器接收到的光信号中的混沌载波分量相匹配；

步骤五、将两个探测器的输出相减，消去混沌载波，得到被混沌载波掩盖的信号，通过测量信号的误码率，评估经过失配补偿后空间混沌激光保密通信系统的通信质量。

2.根据权利要求1所述的一种空间混沌激光保密通信系统中高精度大气湍流失配补偿方法，其特征在于，步骤一的具体方法如下：

信标光功率恒定，假设其发射功率为P_in，未考虑大气湍流的影响后到达地面接收端的功率为P_out，P_out可通过理论计算得到，故传输衰减系数为：

β＝P_out/P_in (1)

对于发射端，混沌起振环路内不用考虑大气湍流的作用，混沌起振环路内的光电反馈增益信号强度为：

x₁(t)＝C·[P₁+γP₁m(t)] (2)

其中，C为反馈环路的增益系数，P1是发射端激光器的功率，m(t)为传输的信号的取值，γ为掩盖比，即信号与载波的强度比值，从而发射端经过EDFA放大后的出射光信号强度为：

其中，G_EDFA是发射端EDFA的增益，V_πRF是调制器的射频半波电压，V_πDC是直流偏置半波电压，V_b是直流偏置电压。

3.根据权利要求2所述的一种空间混沌激光保密通信系统中高精度大气湍流失配补偿方法，其特征在于，步骤二的具体方法如下：

考虑到大气湍流的作用，实际接收到的信标光功率为P_out+ΔP_out，ΔP_out体现了大气信道的光强闪烁效应影响的程度，定义大气湍流影响系数α为：

α＝ΔP_out/(P_out+ΔP_out) (4)

发射端的混沌载波以及信号经过EDFA放大后经过大气链路到达接收端后，通过耦合器被分为两路，一路光被APD探测器一接收，另一路光进入接收端的混沌起振环路，考虑了大气湍流的作用，未进行失配补偿的APD探测器一接收到的光斑功率为：

其中，P₁(I)表示经过空间链路的衰减以及大气湍流的影响后到达接收端的光功率，从而接收端混沌起振环路内的光电反馈增益信号强度为：

接收端混沌起振环路中马赫-曾德尔调制器的输出光信号强度为：

其中，P₂＝0.5P₁是接收端激光器的功率，该输出光信号将被APD探测器二接收。

4.根据权利要求3所述的一种空间混沌激光保密通信系统中高精度大气湍流失配补偿方法，其特征在于，步骤三的具体方法如下：先使用固定增益的EDFA放大进入接收端反馈环路的光信号，抵消经过大气传输后的能量损耗，再利用可调增益EDFA补偿大气湍流造成的失配，使得经过内失配补偿后的接收端混沌起振环路的光电反馈增益为：

5.根据权利要求4所述的一种空间混沌激光保密通信系统中高精度大气湍流失配补偿方法，其特征在于，步骤四的具体方法如下：使用可调增益EDFA补偿大气湍流造成的APD探测器一接收到的光信号强度随机变化，经过补偿后的APD探测器一接收到的光功率为：

对接收端混沌起振环路中马赫-曾德尔调制器输出的光信号，在进入APD探测器二前需对光功率进行适当的衰减以模拟经过大气传输后的强度衰减，使得进入APD探测器二的光功率为：