[發明專利]基于SPGD算法的相干FSOC系統

在審

• 申請號: 202011207334.8
• 申請日: 2020-11-03
• 公開（公告）號: CN112255780A
• 公開（公告）日: 2021-01-22
• 發明（設計）人: 石文孝;徐珺楠;曹景太;劉維;王靜怡;邵馨蕊;張佳棟
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G02B26/06
• 分類號: G02B26/06
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 王淑秋

本發明涉及一種基于SPGD算法的相干FSOC系統，該系統通過基于SPGD算法的無波前傳感AO校正單元對畸變波前進行像差補償，高速CCD相機負責采集光斑信息，這些信息相比較于波前像差更容易獲得；SPGD算法控制模塊根據光斑信息生成相應的驅動電壓使變形鏡發生形變，生成相應的補償相位。像差校正過程不需要使用波前傳感器，結構簡單，成本低，且SPGD算法自身算法復雜度較低，計算量小。

技術領域

本發明屬于相干FSOC領域，涉及一種基于SPGD算法的相干FSOC系統。

背景技術

自由空間光通信(Free Space Optical Communication,FSOC)屬于一種無線通信方式，它以大氣、外太空等自由空間作為傳輸媒介，使用光作為載波進行信息傳輸。相比于無線射頻通信，其具有頻譜不需認證、可以承載更高的數據速率以及易于部署等優勢。

隨著FSOC技術的快速發展，相干FSOC技術因其優異的性能逐漸成為了新的研究重點。相干FSOC技術與傳統的強度調制/直接檢測系統的差別在于其接收端采用相干接收的方式。相干FSOC系統具有抗干擾能力強、無中繼傳輸距離長、接收靈敏度高以及調制方式更靈活等優勢，是FSOC技術的重要發展方向。然而，大氣湍流會嚴重影響相干FSOC系統的通信性能。自適應光學(Adaptive Optics,AO)技術被認為是抑制大氣湍流的一種有效方法。傳統的AO系統主要包括波前傳感器、波前控制器和波前校正器三部分。波前傳感器能夠實時探測光束波前并采集畸變信息；波前控制器類似于人的“大腦”，通常由計算機和控制軟件組成，能夠實時處理波前像差信息并計算出驅動波前校正器所需的驅動電壓；波前校正器在驅動電壓的控制下會生成相應的補償相位。

波前傳感器是傳統AO系統的核心部件之一，它的速度和精度對AO系統的性能有重要影響。在眾多類型的波前傳感器中，夏克-哈特曼(Shack-Hartmman,S-H)波前傳感器在傳統AO系統中占有主導地位。S-H波前傳感器一般由微透鏡陣列、匹配透鏡和相機組成。基于S-H波前傳感器的AO系統，實時性高，技術已較為成熟，在越來越多的領域得到了廣泛的應用。但波前傳感器價格較為昂貴，還會增加整個AO系統的結構復雜度，并且S-H傳感器由于多次分光會導致能量利用率降低，因此不使用波前傳感器的AO系統正在受到越來越多的關注。無波前傳感AO系統使用高速CCD相機代替波前傳感器。相比于傳統AO系統，無波前傳感AO系統具有許多優勢，如結構簡單、成本低、波前校正范圍大等，因此設計一種采用無波前傳感算法進行波前像差校正的相干FSOC系統很有價值。

發明內容

本發明要解決的問題是提供一種基于隨機并行梯度下降(StochasticParallelism Gradient Descent,SPGD)算法的相干FSOC系統，該系統結構簡單，成本低，像差校正算法復雜度較低，計算量小。

為了解決上述技術問題，本發明的基于SPGD算法的相干FSOC系統包括發射模塊、AO校正單元、本地振蕩器、光混頻器和相干接收模塊；所述的AO校正單元包括波前校正器、光學系統、CCD相機、SPGD算法控制模塊；光學系統包括分光鏡、B聚光鏡；發射模塊輸出調制光信號；波前校正器接收產生了波前畸變的調制光信號，并在驅動電壓的控制下生成相應的補償相位，輸出經過波前校正的調制光信號；經過波前校正的調制光信號一路透過分光鏡入射到混頻器，另一路經分光鏡反射，再經B聚光鏡后被CCD相機采集；CCD相機采集的光斑圖像數據輸入SPGD算法控制模塊；SPGD算法控制模塊根據光斑圖像數據對波前校正器的驅動電壓向量進行迭代更新，使得波前校正器輸出性能指標J優化后的調制光信號：校正后的信號光與本地振蕩器生成的本振光由光混頻器混頻，混頻光信號經過相干接收模塊處理后得到解調后的原始信號；SPGD算法控制模塊采用下述方法對變形鏡驅動器的驅動電壓向量進行迭代更新，直至達到設定的最大迭代次數K則停止迭代更新：

設定SPGD算法控制模塊輸出的初始驅動電壓向量為利用公式(1)對驅動電壓向量進行迭代更新；