[发明专利]大气对无线激光通信影响的实验室模拟方法

摘要

本发明公开一种大气对无线激光通信影响的实验室模拟方法，属于大气信道无线激光通信技术领域。本发明通过MODTRAN软件和基于随机相位屏的激光大气湍流传输数值模拟方法计算激光大气传输透过率和接收光信号的时域起伏数据，据此生成电光调制器的驱动控制信号，实现对大气影响的模拟。与现有半实物大气影响模拟方法相比，本发明能够比较精确地模拟大气湍流导致的光束漂移对无线激光通信的影响。

主权项

大气对无线激光通信影响的实验室模拟方法，其特征在于，所需的系统结构和实施方法如下：技术解决方案：首先根据无线激光通信试验的链路参数和所考虑的大气条件，利用数值方法计算出激光大气传输的透过率和接收光信号的时域起伏数据；在激光通信接收机A001的光学接收天线103和探测器105之间，使用电光调制器104来控制接收光信号的强度；根据数值方法计算得到的透过率和接收光信号的时域起伏数据，通过计算机108生成电光调制器104的驱动控制信号A002，以便通过驱动控制电路模块107控制电光调制器104的输出光信号强度，将大气对激光传输的影响加到激光通信接收机的接收光信号中，实现大气对无线激光通信影响的实验室模拟；激光通信发射机101发射的激光信号经光学透镜组102后被光学接收天线103接收，再经电光调制器104进行强度调制后，入射到激光通信接收机A001的探测器105上；探测器105的输出电信号传送给码元符号判决模块106，由码元符号判决模块106实现最终的通信数据检测；计算机108根据数值方法计算得到的激光大气传输的透过率和接收光信号的时域起伏数据，生成电光调制器104的驱动控制信号A002，驱动控制信号A002通过驱动控制电路模块107传送给电光调制器104；光学透镜组102对激光通信发射机101发射的光束进行变换，使激光通信发射机101发射的光束能完全被光学接收天线103接收；为了正确地生成电光调制器104的驱动控制信号A002，需要事先对电光调制器104进行标定；通过实验测量得到电光调制器104的透光率T随驱动控制信号v的变化关系曲线A003；根据无线激光通信试验的链路距离、所考虑的试验地点的海拔/地形/地貌/气溶胶类型、激光波长，使用MODTRAN软件计算激光大气传输的透过率τ；根据无线激光通信试验的链路距离、发射光束参数、所考虑的试验地点的大气折射率结构常数、大气湍流内尺度、大气湍流外尺度、垂直径向风速、光学接收天线103的参数，使用基于随机相位屏的激光大气湍流传输数值模拟方法，模拟大气湍流对激光传输的影响；每隔时间Δt就从激光发射端开始模拟一次激光在整个大气湍流传输路径上的传输过程，得到接收平面上的光斑强度分布，再在光学接收天线103的口径内对接收面上的光斑强度进行积分求和，得到光学接收天线103的实际接收光信号功率B003，并计算接收光信号功率B003与激光发射端的发射光功率A004的比值A005；通过连续模拟很多次激光在整个大气湍流路径上的传输过程，可以得到比值A005的一个时间序列A006；由于大气湍流导致激光的光强闪烁，因此时间序列A006中的各个元素的值是变化的；时间序列A006对应的时间长度为Δt与时间序列A006的元素个数的乘积；在进行数值模拟时，要求Δt＜Greenwood时间常数；在进行无线激光通信实验室试验时，首先使激光通信发射机101、激光通信接收机A001、电光调制器104、驱动控制电路模块107正常工作；令i＝1，N为时间序列A006中的元素个数；为了模拟大气对无线激光通信的影响，计算机108每隔时间Δt就做如下工作：Step001：计算激光大气传输的透过率τ与时间序列A006中的第i个元素的值的乘积，并将计算结果赋值给变量S；将变量S除以光学透镜组102的透光率，并将计算结果赋值给变量Q；Step002：根据变化关系曲线A003，计算透光率T等于变量Q时的驱动控制信号v的值A007；Step003：生成大小等于值A007的驱动控制信号A002，并将其输出给驱动控制电路模块107；Step004：i＝i+1，如果i＞N，则i＝1。