[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

说明书

本发明公开了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。目前空间混沌激光通信系统中掩盖比、发射光功率和失配量级等关键参数的设定主要通过实验预估，但是由于参数之间会相互影响，通过实验预估参数的方法涉及到大量重复的操作，耗费大量时间和资源。为了高效地预估空间混沌激光通信系统中的掩盖比、发射光功率和失配量级等关键参数，我们提出了一种仿真预估方法。该方法简单快捷、成本低廉，不需要反复的实验操作，并且能够直观地看出参数之间的关系。

技术领域

本发明属于激光通信领域，涉及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。

背景技术

空间激光通信技术是未来空间通信技术的一个重要方向，相比较传统微波通信，具有通信容量大、终端体积小等优点。因此，对于其系统特性的研究越来越成为该领域的一大热点。但是，由于空间通信距离长，光斑半径大，给窃听者在发射端、接收端以及大气信道部分窃取信息提供了可乘之机。将混沌技术应用到到空间激光通信中，可以在现有空间激光通信系统的基础上实现高数据率保密通信。

经典的空间混沌激光通信链路一般包括光学跟瞄子系统、通信子系统和传输信道(含大气信道)三部分。其中通信子系统包括发送端和接收端，是实现混沌保密的关键，涉及到掩盖比、发射功率、失配量级等众多参数。这些参数之间彼此关联和制约，共同影响系统误码率性能。在设计空间混沌激光保密通信系统时，常用的方法是通过反复的实验测试来确定这些参数的设定值，耗费大量时间和资源。为了提高系统设计的效率，我们需要一种简单有效的方法，对系统的通信性能和关键参数进行预估。

发明内容

发明目的：针对以上问题，本发明旨在提出一种简单高效预估空间混沌激光通信系统中掩盖比、发射功率和失配量级等关键参数的方法。在空间混沌激光通信系统中，掩盖比指的是信号激光器和载波激光器的功率比值，直接影响了信噪比，过小的掩盖比会导致误码率过高，通信准确率下降，而过大的掩盖比又会降低通信保密性。大气效应会导致传输信号功率的衰减，增大误码率，因此需要增大发射光功率，但是更大的发射功率往往意味着更大的重量，对星上终端提出了更高的要求。此外，系统失配量级小，误码率性能好，但是同时也对系统的设计精度提出了更高的要求。掩盖比、发射功率和失配量级的预估，以往都是通过反复调节其中一个参数的大小，同时测量对应的系统误码率，最后选取一个合适的取值。但是这样做既耗时又费力，而且一次只能调节一个参数。本发明采用仿真的形式简单快速地预估它们的取值，不需要重复的实验调试，而且有利于观测不同参数之间的关系。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案如下：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，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、以掩盖比为变量，计算当接收端采用光电探测器直接接收光信号时，任意发射光功率下空间混沌激光通信系统的误码率，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，这就是掩盖比的预估值

步骤三、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。

进一步地，步骤一的具体方法如下：

发射端发送光功率为P，考虑大气效应的影响后，接收端接收光功率为P_in,对每一个P_in,可以求出对应的混沌噪声，计算公式如下：