[發明專利]基于全雙工光子通信的高精度能見度探測方法

有效

• 申請號: 202110147488.0
• 申請日: 2021-02-03
• 公開（公告）號: CN112964644B
• 公開（公告）日: 2023-03-17
• 發明（設計）人: 劉博;忻向軍;任建新;毛雅亞;陳帥東;王瑞春;沈磊;吳泳鋒;孫婷婷;趙立龍
• 申請（專利權）人: 南京信息工程大學
• 主分類號: G01N21/17
• 分類號: G01N21/17;H04B10/079;H04B10/11;G06F30/27
• 代理公司: 南京鐘山專利代理有限公司 32252
• 代理人: 徐燕

本發明公開了基于全雙工光子通信的高精度能見度探測方法，包括：步驟1：利用自由空間光通信系統的全雙工的工作模式，L1端的天線發射恒定功率的光，L2端的天線發射的是經過信號調制的光信號，兩端的天線同時進行信號的發射和接收；步驟2：對L1端空間信道實時進行光強探測和消光系數計算；對L2端空間信道實時進行信號探測和誤碼率的計算；步驟3：基于神經網絡，構建基于消光系數?誤碼率的能見度分析模型；步驟4：利用能見度分析模型，進行能見度的測量。本發明在接收端分別進行相對應的消光系數的計算以及光信號誤碼率的分析，DSP技術可以實現對于信號光的誤碼計算以及信號的補償和恢復等，這種通過兩個參數來進行能見度的分析可以有效提升測量的精確性。

技術領域

本發明屬于能見度探測技術領域，具體涉及基于全雙工光子通信的高精度能見度探測方法。

背景技術

能見度是一個與生產生活息息相關的氣象要素，它表征的是人們在所處的氣象條件下，人眼能將目標物體從背景中識別出來的最大距離。隨著經濟的快速發展，人民生活水平的不斷提高，能見度在旅游、交通、軍事和環境保護等各個方面的地位在不斷提升，社會各界對其關注度也在不斷提高。在低能見度的天氣條件下，交通運輸業將會受到極其嚴重的影響，會導致高速封閉、航班晚點甚至取消的不良后果。另外，低能見度的天氣條件往往會伴隨著大范圍的空氣污染，這將嚴重影響人民的正常生活。因此，及時準確的掌握能見度信息，發出惡劣天氣的預警，減少必要的人員傷亡和財產損失顯得尤為重要。

目前能見度的測量方式主要分為目測法、器測法和基于數字圖像的測量方法三種。目測法其本質是通過人眼從背景中分辨目標物的最遠距離來判斷能見度的方法。這種方法受到人的視覺，反應能力，經驗等諸多因素的影響，在能見度的測量方面具有很大的主觀性，對于能見度的判斷誤差較大，所以一般用于對能見度探測要求較低的場合。器測法主要有透射式，散射式和激光雷達式。透射式能見度測量方法是在一定的距離處測量光源的強度，利用接收到的光強和原始光源的光強來計算大氣衰減系數(即消光系數)，從而得到能見度，工作原理簡單，但是測量的精度相對較低。散射式能見度測量方法是利用空氣中的分子、氣溶膠粒子和細微的霧滴等造成的側向散射光通量來進行能見度的測量。由于在光傳輸的過程中，被大氣中的分子、氣溶膠粒子等顆粒散射的信號光十分有限，對于器件的靈敏度有著很高的要求。激光雷達式的原理與散射式一致，但是由于其高昂的成本無法實現大規模的商用。

自由空間光通信(Free Space Optical communication，FSO)技術是一種將信號調制到紅外或可見光光束，通過空氣、自由空間或者真空條件下實現信息(語音、視頻、數據)從發射端傳輸到目標接收端的新型光學傳輸技術。FSO的基本原理和光纖是一樣的，只是經過調制后的信號光沒有光纖的引導，通過天線發射直接進入自由空間進行傳輸。相比光纖通信和其他種類的無線通信，FSO通信具有靈活性強、保密性好、成本低、易于推廣等優點。由于FSO是在大氣中進行傳輸，那么受到大氣中的微粒，大氣湍流等的影響，信號傳輸的質量勢必會降低，誤碼性能變差。利用FSO的這種傳輸特性結合目前成熟的數字信號處理(Digital Signal Process,DSP)技術對大氣中的能見度進行探測，可以實現對于能見度的實時高靈敏度的探測。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對上述現有技術的不足，提供基于全雙工光子通信的高精度能見度探測方法，利用自由空間光通信系統收發兩端天線實現全雙工通信，通過對接收到的信號進行DSP處理分析以及對于大氣消光系數的計算，實現對能見度的實時精準的監測。

為實現上述技術目的，本發明采取的技術方案為：

基于全雙工光子通信的高精度能見度探測方法，其特征在于，包括：

步驟1：利用自由空間光通信系統的全雙工的工作模式，L1端的天線發射恒定功率的光，L2端的天線發射的是經過信號調制的光信號，兩端的天線同時進行信號的發射和接收；

步驟2：對L1端空間信道實時進行光強探測和消光系數計算；