[发明专利]湍流大气信道中的激光脉冲传输时间展宽及信道传递函数测量方法

摘要

本发明公开一种湍流大气信道中的激光脉冲传输时间展宽及信道传递函数测量方法，属于无线激光通信技术领域。本方法将窄带高斯光脉冲序列发射到湍流大气信道中传输，在接收端对光脉冲序列进行探测和波形采样，并将采样数据保存为文件；在对脉冲波形采样数据求系综平均的基础上，用数据拟合方法解算出系综平均高斯脉冲波形参数，进而求出湍流大气信道传递函数。利用本方法可得到湍流大气信道传递函数的解析表达式，这使得基于实测数据对湍流大气信道特性进行理论分析变得更加容易。

主权项

1.一种湍流大气信道中的激光脉冲传输时间展宽及信道传递函数测量方法，其特征在于，所需的设备及实现步骤如下：目的在于提供一种湍流大气信道中的激光脉冲传输时间展宽及信道传递函数测量方法；本方法需要使用激光信号发射装置和激光信号接收与探测装置；激光信号发射装置包括激光器101、信号发生器102、电光调制器103、光学发射系统104；激光信号接收与探测装置包括光学接收系统201、光电探测器202、示波器203；从激光器101发出的激光信号A001入射到电光调制器103的光信号输入端；信号发生器102产生的电脉冲信号A002传送到电光调制器103的电信号输入端；电光调制器103将电脉冲信号A002调制到激光信号A001上，调制后的激光信号A003再经光学发射系统104发射到湍流大气信道中；调制后的激光信号A003经湍流大气信道传输后，通过光学接收系统201入射到光电探测器202上，光电探测器202的输出电信号再传送到示波器203的输入端；本方法的第一部分探测并记录激光脉冲经湍流大气信道传输后的波形采样数据，具体步骤如下：Step001：将激光信号发射装置和激光信号接收与探测装置分别置于湍流大气信道的两端；开通激光器101，使其输出连续激光信号；设置信号发生器102，使其输出一电脉冲序列A004；在电脉冲序列A004中，各脉冲都为形状相同的高斯脉冲，相邻两个脉冲的峰值的间隔时间为T，每个脉冲的时间宽度为τ，且相邻两个脉冲之间互不重叠；电光调制器103输出的光脉冲序列A005经光学发射系统104进入湍流大气信道传输；Step002：使光学接收系统201和光学发射系统104的光轴对准，开通示波器203，设置示波器203的采样时间间隔Δt=T/M，M为一个正奇数；并用示波器203记录光电探测器202探测到的脉冲序列波形采样数据A005；通过不断重复Step001和Step002，可以记录下大量的脉冲序列波形采样数据A005；每执行一次Step001和Step002可得到一组脉冲序列波形采样数据A005，并将其保存为一个单独的波形采样文件；本方法的第二部分根据保存的所有波形采样文件中的脉冲序列波形采样数据A005，计算高斯脉冲经湍流大气信道传输后的平均时间展宽比，具体步骤如下：Step101：创建一个具有M个元素的数组INTP，并将数组INTP的每个元素都设置为0；令NUM=0；对本方法的第一部分中保存的所有波形采样文件中的每个波形采样文件FW，执行如下步骤：Step101-1：读取波形采样文件FW，将其中的脉冲序列波形采样数据A005的采样序列赋值给一个数组W，数组W的第i个元素表示为W[i]，i表示数组元素的编号，1≤i≤N，N为采样序列的采样个数；数组W中的每个元素与一个特定的时刻对应；Step101-2：令脉冲序列波形采样数据A005的采样序列的第一个采样对应的时刻为0，则W[i]对应的采样对应的时刻为(i-1)Δt；计算脉冲序列波形采样数据A005中的第一个脉冲对应的波形采样序列中的幅度值最大的采样对应的数组W的元素的编号j；如果j-(M-1)/2＜1，则令j=j+M；Step101-2-1：令idx=j，n=1，NUM=NUM+1；Step101-2-2：令INTP[n]=INTP[n]+W[j-(M-1)/2+n-1]，INTP[n]表示数组INTP的第n个元素；Step101-2-3：令n=n+1；如果n≤M，则转步骤Step101-2-2，否则转步骤Step101-2-4；Step101-2-4：如果idx+M+(M-1)/2≤N，则令j=j+M，转步骤Step101-2-5，否则转步骤Step101-3；Step101-2-5：令n=1，NUM=NUM+1；Step101-2-6：令INTP[n]=W[j-(M-I)/2+n-1]+INTP[n]；Step101-2-7：令n=n+1；如果n≤M，转步骤Step101-2-6，否则转步骤Step101-2-8；Step101-2-8：令idx=idx+M，转步骤Step101-2-4：Step101-3；针对波形采样文件FW所需执行的操作结束；Step102：令n=1；Step102-1：令INTP[n]＝INTP[n]/NUM；Step102-2：令n=n+1；如果n≤M，转步骤Step102-1，否则转步骤Step102-3；Step102-3：令数组INTP的第一个元素对应的时刻为0，则数组INTP的第i个元素对应的时刻为(i-1)Δt，1≤i≤M；根据数组INTP的各个元素值及其对应的时刻，可以得到一个数据序列(x_i，y_i)，x_i=(i-1)Δt，y_i=INTP[i]，1≤i≤M；用函数拟合数据序列(x_i，y_i)，1≤i≤M，求出参数a、b、c、d的值；高斯光脉冲经湍流大气信道传输后的平均时间宽度即为2b；高斯光脉冲经湍流大气信道传输后的平均时间展宽比即为2b/τ；本方法的第三部分计算湍流大气信道传递函数H(ω)，具体方法是：其中ω₀是激光器101输出激光信号的角频率。