[發明專利]光纖耦合器陣列的自適應控制方法

有效

• 申請號: 202011419026.1
• 申請日: 2020-12-07
• 公開（公告）號: CN112485870B
• 公開（公告）日: 2022-03-11
• 發明（設計）人: 黃端;吳梓杰;王一軍
• 申請（專利權）人: 中南大學;北京航天長征飛行器研究所
• 主分類號: G02B6/42
• 分類號: G02B6/42;G06N3/04;G06N3/08
• 代理公司: 長沙永星專利商標事務所(普通合伙) 43001
• 代理人: 周詠;米中業

本發明公開了一種光纖耦合器陣列的自適應控制方法，包括搭建光纖耦合器陣列控制系統；采用搭建的光纖耦合器陣列控制系統進行數據傳輸，獲取真實數據集并劃分為訓練數據集和測試數據集；搭建針對光纖耦合器陣列的自適應初步控制模型并訓練得到針對光纖耦合器陣列的自適應控制模型；采用得到的自適應控制模型對光纖耦合器陣列進行自適應控制。本發明提引入強化學習手段對光纖耦合器陣列進行自適應控制，使得本發明方法比傳統的SGPD方法更具有時效性和泛化性，能夠提高激光接收終端的耦合效率以及穩定性，避免信息丟失，提高通信質量，而且安全可靠。

技術領域

本發明屬于空間激光通信領域，具體涉及一種光纖耦合器陣列的自適應控制方法。

背景技術

現階段隨著激光通信技術的不斷進步，通信介質也由光纖拓展到自由空間及水下等場景。相較于傳統的無線通信方式(如無線電，聲通信等)，自由空間激光通信由于具有方向性好、通信容量大、帶寬高、天線尺寸小、保密性好等優點，已逐漸成為無線通信領域的重要研究課題，近年來得到了越來越多的關注，有望成為星地間海量數據傳輸的有效手段。

在自由空間激光的研究中，需要根據不同氣象條件下的傳輸衰減，大氣閃爍，空氣散射，背景噪聲等來減少大氣信道的空間損耗。通過準確掌握某地的氣候等通信條件，同時找到氣象條件影響通信質量的規律，從而為通信的實現提供參考數據。但目前，自由空間激光通信由于受到日光、月光、星光等背景噪聲光的影響，通信接收終端探測信號中夾雜著很強的背景光噪聲。這將增大通信的誤碼率，降低通信質量。

同時，如何提高空間光耦合效率、降低信噪比，也是需要解決的關鍵技術問題之一。在空間激光通信系統中，激光接收終端的性能決定了整體通信性能的優劣。事實上，由于大氣湍流效應、機械平臺震動以及熱畸變的存在，極大地影響了光纖耦合效率。因此，如何消除大氣湍流的影響、改善接收端的光耦合效率，是空間激光通信領域孜孜以求的目標。目前，激光接收終端一般采用傳統SPGD算法對終端內的光纖耦合器陣列進行控制。但是，傳統SPGD算法雖然控制效果較為不錯，但算法處理速度慢，時效長，影響了激光接收終端的性能的進一步提升。

發明內容

本發明的目的在于提供一種能夠提高激光接收終端的耦合效率以及穩定性，避免信息丟失，提高通信質量且安全可靠的光纖耦合器陣列的自適應控制方法。

本發明提供的這種光纖耦合器陣列的自適應控制方法，包括如下步驟：

S1.搭建光纖耦合器陣列控制系統；

S2.采用步驟S1搭建的光纖耦合器陣列控制系統進行數據傳輸，獲取真實數據集，并劃分為訓練數據集和測試數據集；

S3.搭建針對光纖耦合器陣列的自適應初步控制模型，并采用步驟S2得到的訓練數據集和測試數據集，對搭建的自適應初步控制模型進行訓練，從而得到針對光纖耦合器陣列的自適應控制模型；

S4.采用步驟S3得到的自適應控制模型，對光纖耦合器陣列進行自適應控制。

步驟S1所述的光纖耦合器陣列控制系統，具體包括99：1分束器、自適應光纖耦合器陣列、若干組單模光纖、若干組光電探測器、控制器、相機型光斑分析儀和高壓放大器；光經過99：1分束器后，1％的光經由相機型光斑分析儀分析后將數據輸入控制器；99％的光進入自適應光纖耦合器陣列后，將有部分入射光被耦合進單模光纖內，再通過單模光纖傳輸至光電探測器，轉化為對應的電信號，并被送至控制器；控制器經迭代運算后輸出用于控制自適應光纖耦合器陣列的多路驅動電壓信號；驅動電壓信號再經高壓放大器放大后，用于驅動自適應光纖耦合器陣列的內置光纖端面在各自耦合透鏡的后焦平面處搜索耦合效率最大值點，實現耦合效率的優化。