[发明专利]一种空间混沌激光通信系统中关键参数的预估方法

权利要求书

1.一种空间混沌激光通信系统中掩盖比、发射光功率和失配量级的预估方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、根据接收光电探测器光电转换特性，包括增益系数、量子效率，计算出任意发射光功率下，采用光电探测器直接接收光信号时的混沌噪声；

步骤二、当接收端采用光电探测器直接接收光信号时，根据步骤一计算得到的混沌噪声，以掩盖比为变量，计算任意发射光功率下通信系统的误码率，得到误码率-掩盖比的定量关系表，根据空间混沌激光通信系统的保密性要求，对照计算得到的误码率-掩盖比表，取得对应的掩盖比值，即掩盖比的预估值；

步骤三、根据步骤二得到的掩盖比预估值，以失配量级为变量，计算经典空间混沌激光通信系统的误码率，得到误码率-失配量级的定量关系表，根据空间混沌激光通信系统的差错率要求，对照计算得到的误码率-失配量级表，取得对应的失配量级值，记录此失配量级值和对应的发射光功率；

步骤四、改变发送光功率，重复步骤三，记录多组发射光功率和失配量级，以发射光功率为横轴，失配量级为纵轴，作关系拟合曲线，根据曲线导数，预估出发射光功率和失配量级；

步骤一的具体方法如下：发射端发送光功率为P，接收端接收光功率为P_in,对每一个P_in,求出对应的混沌噪声计算公式如下：

其中，P_in[m(t)＝0]是发送信息m(t)为0时，接收端的接收光功率，G是接收光电探测器的增益因子，e是电子电荷，η是接收光电探测器的量子转化效率,T_s是比特率的倒数,h是普朗克常量，ν是激光频率，K_e0是发送信息m(t)为0时接收光电探测器的平均光子数，P(I)是接收端的接收光功率幅值，cos²[2x(t)+2φ]是发送端马赫曾德调制器的非线性函数，φ是马赫曾德调制器的调制相位；

步骤二的具体方法如下：发送信息为“1”时，平均光子数为K_e1；发送信息为“0”时，平均光子数为K_e0,对应的计算公式如下：

由平均光子数进一步可以得出接收端光电探测器输出电流的平均值和噪声大小，同样的，发送信息为“1”时，输出电流平均值为m_e1,噪声大小为发送信息为“0”时，输出电流平均值为m_e0，噪声大小为对应的计算公式如下：

m_e1＝GeK_e1+I_dcT_s

m_e0＝GeK_e0+I_dcT_s

其中，I_dc为暗电流，F为接收光电探测器的附加噪声因子，为热噪声，计算出特定掩盖比和接收光功率下的误码率，计算公式如下：

其中，γ_e是最佳判决阈值；

特定掩盖比下的最终误码率为各个接收光功率下的误码率系综平均，计算公式如下，其中，p(P(I))是接收光电探测器接收的光功率值的概率密度函数：

在任意发射光功率下，从小到大改变掩盖比，计算出对应的误码率，得到误码率-掩盖比的定量关系表，根据空间混沌激光通信系统的保密性要求，对照计算得到的误码率-掩盖比表，取得对应的掩盖比值，即掩盖比的预估值；

步骤三的具体方法如下：失配噪声的计算采用以下公式：

其中，P(I)是接收端的接收光功率幅值，G是接收光电探测器的增益因子，η是接收光电探测器的量子转化效率，是失配量级，取值在0到1之间，取值0代表没有失配，取值1代表完全失配，此时失配噪声转化为混沌噪声；

同样的，计算误码率，首先要计算出接收光电探测器的平均光子数，经典混沌激光通信系统的接收光电探测器有两个，需要分别计算它们的平均光子数并相加，同样的，发送信息为“1”时，两个接收光电探测器的平均光子数分别为K_a1，K′_a1；发送信息为“0”时，两个接收光电探测器的平均光子数分别为K_a0，K′_a0,对应的计算公式如下：

其中，掩盖比取值α为步骤二所求得的掩盖比预估值，P′是接收端激光器输出功率，加法器将两个接收光电探测器的输出相加，发送信息为“1”时，加法器输出电流平均值为m_a1,噪声大小为发送信息为“0”时，加法器输出电流平均值为m_a0，噪声大小为对应的计算公式如下：

m_a0＝2I_dcT_s

其中，I_dc为暗电流，T_s为比特率的倒数，F为接收光电探测器的附加噪声因子，为热噪声，计算出特定失配量级和发射光功率下的误码率，计算公式如下：

其中，erfc()为互补误差函数,γ_a是最佳判决阈值；

考虑大气闪烁效应，得到最终的经典空间混沌激光通信系统误码率计算公式：

从小到大改变失配量级，计算出对应的误码率，得到误码率-失配量级的定量关系表，根据空间混沌激光通信系统的差错率要求，对照计算得到的误码率-失配量级表，取得对应的失配量级，记录此失配量级和此时的发射光功率。

2.根据权利要求1所述的一种空间混沌激光通信系统中掩盖比、发射光功率和失配量级的预估方法，其特征在于，步骤四的方法如下：改变发射光功率的大小，重复步骤三，得到多组发送光功率-失配量级的数值对，根据多组发射光功率和失配量级数值对，作出拟合曲线，曲线以失配量级为横坐标，发射光功率为纵坐标，求曲线的导数，当导数为-1时，对应的发射光功率即为最佳发射光功率，失配量级即是通信系统的调试精度。