[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

说明书

本发明公开了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，目前空间混沌激光通信系统下行链路会受到大气湍流引起的光强闪烁效应影响，导致接收端与发射端的信号失配，使信号质量变差，造成严重的误码。为了补偿光强闪烁效应引起的失配，提高通信系统的抗大气干扰能力，降低系统的误码率，本发明提出了一种利用系统中已有的光学跟瞄子系统发射的激光信号作为参照，进行失配补偿的方法。该方法不需要额外发射星上终端，实现补偿所需的器件也较少，可以满足卫星小型化的需求，成本也相对比较低廉。

技术领域

本发明涉及激光通信领域，特别是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。

背景技术

混沌激光具有初值敏感性、复杂度大、无周期性等基本特性，能很好地实现高保密的信息传输，将其应用于卫星激光通信，可以实现高通信容量的保密通信，使得空间混沌激光通信技术具有诱人的应用前景，对于该系统的特征以及实现成为卫星通信领域的一个重要方向。

在空间混沌激光通信系统下行链路中，信号由星上发射端发出，在大气信道中传输，并由安装在地面的终端接收光信号，将传输的信号解调出来。光信号在大气中传输时，大气会吸收和散射激光。此外，由于大气始终处于运动状态，形成大气湍流。大气湍流会对激光传输产生干扰，使信号发生畸变，通信质量将变差。

大气对激光的吸收和散射作用主要是使光信号强度降低，对接收到的光信号进行放大即可补偿强度损耗。而大气湍流带来的影响主要包括两个方面。一是大气不均匀引起的光强的随机起伏，称为光强闪烁效应；二是接收信号光斑中心为止的随机偏移，称为光束漂移效应。对于空间混沌激光通信系统下行链路，由于信号经过长距离传输，到达大气层前的信号光束已经发生了拓展，对于足够大的光斑，光束漂移的影响可忽略不计。所以针对下行链路，需着重关注光强闪烁效应对通信系统的影响。空间混沌激光通信系统的关键是将混沌状态的载波消除，得到包含在载波中的有效信号。光强闪烁效应的影响主要体现在两个方面。一方面是影响接收端混沌产生环路，使生成的混沌载波与发射端的混沌载波状态不一致，称之为内失配。另一方面是在该通信系统中，需要使用到两个光信号接收器，其中一个接收器接收到的光信号受到光强闪烁效应的影响，另一路光信号则未受影响，这将造成接收到的光信号之间的失配，称之为外失配。内外失配的存在，导致通信系统在解调时混沌载波无法很好地消除，引入额外地是失配噪声；并且也会使信号产生畸变，降低信号质量。这两方面的影响都将降低信号的质量，导致通信性能变差。目前已有的空间混沌激光通信系统，没有对大气湍流引起的失配进行补偿，通信质量不能得到改善，这对于空间混沌激光痛惜系统的应用和发展是不利的。

基于目前卫星激光通信系统都带有光学跟瞄子系统以实现发射端和接收端的对准，本专利将跟瞄子系统的光信号作为参考，来补偿大气湍流引起的内外失配，可以实现对卫星混沌激光通信系统中内外失配的补偿。同时不需要额外的卫星终端补偿失配，可以满足卫星小型化的需求，对于空间混沌激光通信下行链路的通信质量改善具有重要意义。

发明内容

发明目的：针对以上问题，本发明提供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，现有的空间混沌激光通信系统在工作时都会受到大气效应的影响，大气效应导致激光光束的散射和吸收，在传输过程中出现抖动并且接收到的光斑能量随机变化。对于下行链路而言，光强闪烁效应引起的光斑能量随机变化的影响尤为严重，将导致以探测信号能量为主要工作方式的通信系统性能受到巨大的影响，使接收到的信号与证实信号之间出现较大的偏差，造成严重的失配，大大降低通信质量。因此对于空间混沌激光通信系统下行链路的失配补偿就显得尤为重要，对于确保通信质量，提高系统的通信容量都具有重大意义。本发明利用空间混沌激光通信系统已有的光学跟瞄子系统实现失配补偿，不需要额外的卫星终端，以较低的成本实现失配的补偿，提高了信号的质量。

技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是如下：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，该方法包括以下步骤：