[發(fā)明專利]受大氣湍流影響的光脈沖信號模擬生成方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410724611.0
• 申請日: 2014-11-25
• 公開（公告）號: CN104486000A
• 公開（公告）日: 2015-04-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳純毅;楊華民;任斌;蔣振剛;婁巖
• 申請（專利權(quán)）人: 長春理工大學(xué)
• 主分類號: H04B10/508
• 分類號: H04B10/508
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.受大氣湍流影響的光脈沖信號模擬生成方法，其特征在于，所需的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和實(shí)施方法如下：

首先根據(jù)使用PPM調(diào)制方式的光通信發(fā)射機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)，確定不受大氣湍流影響的光脈沖的時域波形，不受大氣湍流影響的光脈沖的時域波形用函數(shù)P(t)來描述，函數(shù)P(t)描述了光脈沖的光強(qiáng)幅度隨時間的變化；根據(jù)要發(fā)送的數(shù)據(jù)序列，計(jì)算用PPM調(diào)制方式調(diào)制后得到的光脈沖序列A001中的各個光脈沖的時間位置，第i個光脈沖的時間位置為t_i，i＝1，2，3，…，NUM，NUM為光脈沖數(shù)目；使用光脈沖大氣湍流傳輸數(shù)值模擬程序分別模擬光脈沖序列A001中的各個光脈沖在大氣湍流中的傳輸，得到到達(dá)接收機(jī)的光脈沖的離散時域波形數(shù)據(jù)A002；將得到的所有光脈沖的離散時域波形數(shù)據(jù)A002保存到計(jì)算機(jī)磁盤文件A003中；根據(jù)計(jì)算機(jī)磁盤文件A003中的數(shù)據(jù)和光脈沖的時間位置t_i，利用控制計(jì)算機(jī)合成受大氣湍流影響的光脈沖序列的離散時域波形數(shù)據(jù)A004，控制計(jì)算機(jī)將離散時域波形數(shù)據(jù)A004輸出到數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊，經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換后再輸出到電光強(qiáng)度調(diào)制器的調(diào)制信號輸入端口；激光器輸出的連續(xù)激光信號入射到電光強(qiáng)度調(diào)制器的光輸入端口，經(jīng)電光強(qiáng)度調(diào)制器調(diào)制后，從電光強(qiáng)度調(diào)制器的光輸出端口輸出；電光強(qiáng)度調(diào)制器的光輸出端口輸出的信號就是模擬生成的受大氣湍流影響的用PPM調(diào)制方式調(diào)制后得到的光脈沖信號；

本方法的第一部分用數(shù)值模擬生成離散時域波形數(shù)據(jù)A002，具體步驟如下：

Step001：根據(jù)函數(shù)P(t)和光脈沖的載頻計(jì)算光脈沖的頻譜函數(shù)，對光脈沖的頻譜函數(shù)進(jìn)行采樣，得到一系列脈沖光頻分量采樣B000；根據(jù)試驗(yàn)地點(diǎn)的大氣折射率結(jié)構(gòu)常數(shù)、大氣湍流內(nèi)尺度、大氣湍流外尺度和傳輸距離參數(shù)，用計(jì)算機(jī)程序生成分布在傳輸路徑上不同位置處的一系列長隨機(jī)相位屏B001；

Step002：令j＝1；

Step003：對光脈沖序列A001中的第j個光脈沖B002，做如下操作：

對步驟Step001中得到的一系列脈沖光頻分量采樣B000中的每個采樣B003，基于多隨機(jī)相位屏方法模擬采樣B003對應(yīng)的單色光波在大氣湍流中的傳輸，得到到達(dá)接收口徑的單色光波場B004；根據(jù)步驟Step001中得到的一系列脈沖光頻分量采樣B000的每個采樣對應(yīng)的單色光波場B004和光脈沖的頻譜函數(shù)，利用離散傅里葉變換，計(jì)算光脈沖B002經(jīng)大氣湍流傳輸后到達(dá)接收口徑的時域非單色光波場B005；根據(jù)時域非單色光波場B005計(jì)算進(jìn)入接收口徑的光脈沖的離散時域波形數(shù)據(jù)B006，t_b和t_e是離散時域波形數(shù)據(jù)B006的起始時刻和結(jié)束時刻，t₀＝L/c，L為傳輸距離，c為光速；將離散時域波形數(shù)據(jù)B006保存到計(jì)算機(jī)磁盤文件B007中；

Step004：如果j+1＞NUM，則轉(zhuǎn)步驟Step007；

Step005：根據(jù)垂直路徑風(fēng)速v_wind以及第j+1個光脈沖的時間位置t_j+1與第j個光脈沖的時間位置t_j之差δ_t，將步驟Step001中得到的一系列長隨機(jī)相位屏B001中的各個相位屏沿垂直于傳輸路徑的方向平移一個長度為v_wind×δ_t的距離；

Step006：j＝j(luò)+1；轉(zhuǎn)步驟Step003；

Step007：數(shù)值模擬結(jié)束；

在步驟Step003中，在進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算時，將光脈沖B002的時間位置移至0時刻；

在完成本方法的第一部分的所有步驟后，本方法的第二部分用電光強(qiáng)度調(diào)制器模擬生成受大氣湍流影響的光脈沖信號，具體步驟如下：

Step101：用控制計(jì)算機(jī)讀取計(jì)算機(jī)磁盤文件B007中的所有光脈沖的離散時域波形數(shù)據(jù)B006；

Step102：令t_out＝0，t_out表示當(dāng)前的信號輸出時刻；

Step103：如果t_out＞t_NUM+t_e-L/c，t_NUM表示光脈沖序列A001中的第NUM個光脈沖的時間位置，則轉(zhuǎn)步驟Step107，否則判斷是否存在滿足如下條件的序號i：

條件COND：t_i+t_b-L/c≤t_out≤t_i+t_e-L/c，其中t_i表示光脈沖序列A001中的第i個光脈沖的時間位置，i＝1，2，3，...，NUM；如果存在，則轉(zhuǎn)步驟Step105；

Step104：令S_out＝0；轉(zhuǎn)步驟Step106；

Step105：令S_out＝0；定義集合C001為{j|j＝滿足步驟Step103中的條件的序號i}；對于集合C001中的每個元素C002，做如下操作：

Step105-1：將元素C002的值賦給I；

Step105-2：讀取計(jì)算機(jī)磁盤文件B007中的第I個光脈沖對應(yīng)的離散時域波形數(shù)據(jù)B006；利用線性插值方法，根據(jù)第I個光脈沖對應(yīng)的離散時域波形數(shù)據(jù)B006，插值計(jì)算t_out-t_I時刻的光脈沖的離散時域波形幅度值C003，t_I表示光脈沖序列A001中的第I個光脈沖的時間位置；S_out＝S_out+幅度值C003；

Step106：控制計(jì)算機(jī)向數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊輸出t_out時刻的調(diào)制信號幅度值S_out；t_out～t_out+Δt，Δt為控制計(jì)算機(jī)相鄰的兩次數(shù)據(jù)輸出操作之間的時間間隔，轉(zhuǎn)步驟Step103；

Step107：模擬結(jié)束。