[發明專利]一種空間光通信系統的性能優化處理方法及裝置

有效

• 申請號: 202110804022.3
• 申請日: 2021-07-16
• 公開（公告）號: CN113259001B
• 公開（公告）日: 2021-10-26
• 發明（設計）人: 杜浩;徐國寧;馮慧
• 申請（專利權）人: 中國科學院空天信息創新研究院
• 主分類號: H04B10/079
• 分類號: H04B10/079;H04B10/112;H04B10/70
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 吳剛

本發明提供一種空間光通信系統的性能優化處理方法及裝置。該方法包括：在獲得雪崩光電二極管輸出光量子的累積量生成模型基礎上，基于目標大氣環境的參數特性，確定在所述目標大氣環境下傳播的光通信信號中光量子的概率密度模型；基于所述光量子的概率密度模型進行高斯誤差處理，得到所述空間光通信系統的誤碼率，并得到所述空間光通信系統在所述目標大氣環境下對應的所述誤碼率和信噪比之間的線性關系模型；基于所述線性關系模型對所述空間光通信系統的性能參數進行優化調整，得到目標空間光通信系統。采用本發明方法，能夠提高在復雜大氣環境下空間光通信系統的通信效率和性能，同時易于對空間光通信系統各性能參數進行分析和調整。

技術領域

本發明涉及無線光通信技術領域，具體涉及一種空間光通信系統的性能優化處理方法和裝置。另外，還涉及一種電子設備及非暫態計算機可讀存儲介質。

背景技術

隨著航天技術的蓬勃發展，空間光通信（FSO；Free Space OpticalCommunication）以其在太空環境的獨特優越性，逐漸受到科研和航天部門的重視。空間光通信系統以激光作為光源承載信息，以大氣等作為通信信道傳輸媒介，可實現衛星對地、對星以及其它平臺的高速、安全、大容量定向通信。但是由于光的傳輸特性，在信號傳輸的過程中激光鏈路會面臨大氣的吸收、散射、能量損耗、衰落以及大氣湍流等影響，從而造成通信性能的嚴重下降甚至鏈路中斷。而通信信道參數的相關研究結果能夠為空間光通信系統設計提供重要參數。因此，開展復雜大氣環境下空間光通信信道性能參數研究至關重要。

雪崩光電二極管（APD；Avalanche Photon Diode）因其具備量子效率高、功耗低、感光靈敏度強、工作頻譜范圍大、體積小等優點，成為了光接收機的理想選擇,在光通信中起著舉足輕重的作用。而輸出信號(電壓或電流)中的噪聲嚴重影響著雪崩光電二極管的探測率和靈敏度，以及對超遠距離（數十乃至數百公里以上）弱光信號的探測成功率,降低噪聲影響可提高雪崩光電二極管的性能。實際中，降低噪聲首先要測試和分析雪崩光電二極管的噪聲水平,而且噪聲的測試與分析,還可以評估其質量和可靠性。另一方面，作為通信系統的重要性能指標，誤碼率是本發明專利需要著重考慮的因素，在本發明專利中，結合降噪與提升誤碼率，開展了相關研究并取得一系列成果。因此在空間光通信信道系統中對基于雪崩光電二極管噪聲進行研究，如何提供一種高效的空間光通信信道系統的性能參數優化方案成為本領域研究的重要課題。

發明內容

為此，本發明提供一種空間光通信系統的性能優化處理方法及裝置，以優化和解決現有空間光通信系統在雨雪、云霧等復雜大氣環境下通信性能低、誤碼率高甚至長時間通信中斷的情況。

本發明提供一種空間光通信系統的性能優化處理方法，包括：

在獲得雪崩光電二極管輸出光量子的累積量生成模型基礎上，基于目標大氣環境的參數特性，確定在所述目標大氣環境下傳播的光通信信號中光量子的概率密度模型；其中，所述光量子的概率密度模型用于對空間光通信系統的光通信信號進行誤碼率判斷；

基于所述光量子的概率密度模型進行高斯誤差處理，得到所述空間光通信系統的誤碼率，并得到所述空間光通信系統在所述目標大氣環境下對應的所述誤碼率和信噪比之間的線性關系模型；

基于所述線性關系模型對所述空間光通信系統的性能參數進行優化調整，得到目標空間光通信系統。

進一步的，所述在獲得雪崩光電二極管輸出光量子的累積量生成模型基礎上，基于目標大氣環境的參數特性，確定在所述目標大氣環境下傳播的光通信信號中光量子的概率密度模型，具體包括：

在獲得雪崩光電二極管輸出光量子的累積量生成模型基礎上，利用預設的傅里葉變換規則、數值積分賦值處理規則以及所述目標大氣環境的參數特性對應的數值區間，得到目標大氣環境下雪崩光電二極管的光量子的矩陣母函數模型；