本发明专利技术涉及一种经大气信道传输后的激光脉冲时域波形偏斜度测量方法，其特征在于：需要使用激光脉冲信号发射装置和激光脉冲信号接收与探测装置；激光器输出的光信号A001入射到电光调制器的光信号输入端，信号发生器产生的电脉冲信号A002传送到电光调制器的电信号输入端，电光调制器把电脉冲信号A002调制到光信号A001上，电光调制器输出的光信号A003再经光学发射系统发射到大气信道中；光信号A003经大气信道传输后，通过光学接收系统入射到光电探测器上，光电探测器输出的电信号再传送到示波器的输入端。其通过测量初始时域波形偏斜度为0的激光脉冲经大气信道传输后的时域波形偏斜度，据此可以分析实际大气信道的多次散射影响造成的激光脉冲时域波形畸变，从而为大气信道激光通信接收机的优化设计提供实测数据支持。
Measurement of laser pulse time domain waveform skewness after atmospheric channel transmission
The invention relates to a laser pulse waveform deviation measurement method of atmospheric channel transmission, which is characterized in that: the need to use the laser pulse signal transmitting device and the laser pulse signal receiving and detecting device; optical signal input output optical signal A001 is incident to the electro-optic modulation signal input end signal generator the pulse signal is transmitted to the A002 electro-optic modulator, electro-optic modulator, the pulse signal A002 modulation to A001 optical signal, optical signal output of A003 electro-optic modulator by emission to the atmosphere channel in optical transmission system; optical signal A003 by atmospheric channel transmission, the optical receiving system is incident on the photoelectric detector, signal the detector output and then transmitted to the input end of the oscilloscope. By measuring the initial waveform of the skewness is 0 of the laser pulse waveform of atmospheric channel skewness, laser pulse waveform distortion caused by multiple scattering effects which can analyze the actual atmospheric channel, so as to provide data support for the optimization design of atmosphere laser communication channel receiver.
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种经大气信道传输后的激光脉冲时域波形偏斜度测量方法，属于大气信道激光通信
技术介绍
大气信道激光通信具有组网机动灵活、无需频带许可申请、保密性好等优点，近年来成为无线通信领域的一个研究热点。目前，多数大气信道激光通信系统使用强度调制/直接探测方式实现信息传送，二进制数据“1”和“0”可以通过激光脉冲的有无或者所在时隙位置的不同来表示。受大气多次散射影响，通信激光脉冲经大气信道传输后会发生波形畸变，导致通信系统性能降低。偏斜度是一个用来描述激光脉冲时域波形相对于其时间质心的不对称度的物理参数。脉冲时域波形的时间质心定义为：（1）式中，I(t)表示激光脉冲光强的时间变化函数，t表示时间。脉冲的均方根时间宽度可表示为：（2）发表在《WavesinRandomMedia》的2003年13卷59-73页的论文给出了脉冲时域波形偏斜度的定义。实际大气信道激光通信系统通常都发射时间波形相对于时间质心对称的激光脉冲（例如矩形脉冲、高斯脉冲等），即脉冲时间波形的偏斜度为0。如果发射的激光脉冲时间波形的偏斜度为0，经大气信道传输后，接收到的激光脉冲时间波形的偏斜度不为0，则表明大气信道的多次散射影响使得激光脉冲时间波形的对称性发生了变化。大气信道中的湍流会导致光信号强度发生随机起伏。对于经大气信道传输后的激光脉冲，通常分析激光脉冲的统计平均时域波形畸变，相应地式（1）和式（2）中的I(t)取为激光脉冲光强的统计平均时间变化函数（等价于对大量不同的脉冲传输到接收端后的时域波形求平均）。激光脉冲时间波形是光通信接收机的滤波器设计必须考虑的一个重要因素。因此，测量实际激光脉冲经大气信道传输后的时域波形参数可为光通信接收机设计提供数据支持，具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种经大气信道传输后的激光脉冲时域波形偏斜度测量方法，通过测量初始时域波形偏斜度为0的激光脉冲经大气信道传输后的时域波形偏斜度，据此可以分析实际大气信道的多次散射影响造成的激光脉冲时域波形畸变，从而为大气信道激光通信接收机的优化设计提供实测数据支持。本专利技术的技术方案是这样实现的：一种经大气信道传输后的激光脉冲时域波形偏斜度测量方法，其特征在于：需要使用激光脉冲信号发射装置和激光脉冲信号接收与探测装置；激光脉冲信号发射装置包括激光器、电光调制器、光学发射系统、信号发生器；激光脉冲信号接收与探测装置包括光学接收系统、光电探测器、示波器；激光器输出的光信号A001入射到电光调制器的光信号输入端，信号发生器产生的电脉冲信号A002传送到电光调制器的电信号输入端，电光调制器把电脉冲信号A002调制到光信号A001上，电光调制器输出的光信号A003再经光学发射系统发射到大气信道中；光信号A003经大气信道传输后，通过光学接收系统入射到光电探测器上，光电探测器输出的电信号再传送到示波器的输入端。具体的测量方法如下：1）探测并记录激光脉冲经大气信道传输后的时间波形采样数据，具体步骤如下：Step101：把激光脉冲信号发射装置和激光脉冲信号接收与探测装置分别置于大气信道的两端，使激光脉冲信号发射装置和激光脉冲信号接收与探测装置的光轴相互对准，并使激光脉冲信号发射装置和激光脉冲信号接收与探测装置正常工作；Step102：设置信号发生器，使信号发生器输出一电脉冲序列B001；在电脉冲序列B001中，各个脉冲的时域波形相同，各个脉冲的时域波形偏斜度为0，相邻两个脉冲的时间质心之间的间隔为T，每个脉冲的均方根时间宽度为τ，相邻两个脉冲之间互不重叠；Step103：使示波器正常工作，设置示波器的采样时间间隔Δt=T/M，M为一个脉冲重复周期内的采样点数；用示波器记录光电探测器探测到的脉冲序列波形采样数据B002。2）对记录的脉冲序列波形采样数据B002进行处理，得到激光脉冲经大气信道传输后的统计平均时域波形的偏斜度，具体步骤如下：Step201：把脉冲序列波形采样数据B002保存在一个一维数组W中，数组W的第i个元素保存脉冲序列波形采样数据B002的第i个采样的值，i=1,2,3,⋯,N，N为脉冲序列波形采样数据B002的采样个数，数组W的第i个元素表示为W[i]，N>20M；Step202：对于数组W的第1个至第M+1个元素，找出其中的值最小的元素对应的元素编号jm；创建一个包含M+1个元素的一维数组PL，并把数组PL的每个元素都赋值为0；令变量Counter=0，Counter表示计数器变量，令变量Jm=jm，Jm表示编号指示变量；Step203：如果Jm+M>N，则转步骤Step205，否则执行如下操作：对于k=1,2,3,⋯,M+1，令PL[k]=PL[k]+W[Jm+k−1]，其中PL[k]表示数组PL的第k个元素，W[Jm+k−1]表示数组W的第Jm+k−1个元素；Step204：令Jm=Jm+M，Counter=Counter+1，转步骤Step203；Step205：对于k=1,2,3,⋯,M+1，令PL[k]=PL[k]/Counter；Step206：创建一个包含nt个元素的一维数组ts用于存储时刻位置，创建一个包含nt个元素的一维数组PA用于存储脉冲统计平均时域波形采样值，nt≥16(M+1)；对于j=1,2,3,⋯,nt，令ts[j]=(j−1)T/(nt–1)，其中ts[j]表示数组ts的第j个元素；令数组PA的每个元素等于0；令数组PL的第k个元素对应于(k−1)×T/M时刻，其中k=1,2,3,⋯,M+1；对于j=1,2,3,⋯,nt，用三次样条插值方法根据数组PL的各个元素及其对应的时刻，插值计算在时刻ts[j]处的脉冲统计平均时域波形采样值B003，把采样值B003赋值给PA[j]，其中PA[j]表示数组PA的第j个元素；Step207：脉冲统计平均时域波形的偏斜度S为：，其中，，表示接收到的脉冲统计平均时域波形的时间质心，表示接收到的脉冲统计平均时域波形的均方根时间宽度。本专利技术的积极效果是首先在接收端对接收到的激光脉冲进行探测和时域波形采样，并用示波器保存采样数据，然后对不同脉冲的时域波形求平均，再用三次样条插值方法计算出高密度脉冲统计平均时域波形采样值，最后据此计算脉冲统计平均时域波形的偏斜度。利用本方法可以获得初始时域波形偏斜度为0的激光脉冲经大气信道传输后的平均时域波形偏斜度，从而为分析大气信道多次散射影响造成的激光脉冲时域波形畸变的严重程度提供支持，可为大气信道激光通信接收机的优化设计提供实测数据依据。附图说明图1为激光脉冲信号发射装置的示意图。图2为激光脉冲信号接收与探测装置的示意图。图3为脉冲统计平均时域波形及采样点示意图。具体实施方式为了使本专利技术的特征和优点更加清楚明白，下面结合具体实施例对本专利技术作进一步的描述。实施例1，激光器选择800nm波段的窄线宽半导体激光器，信号发生器选择泰克AWG7000任意波形发生器，电光调制器选择Photline公司的铌酸锂电光调制器，光电探测器选择PIN光电二极管，示波器选择安捷伦数字示波器。在实施例中，发射矩形脉冲，脉冲的均方根时间宽度τ取为1/200μs，步骤Step103中的M取值为40。在测量过程中，需要实时观察示波器，如果本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种经大气信道传输后的激光脉冲时域波形偏斜度测量方法，其特征在于：需要使用激光脉冲信号发射装置和激光脉冲信号接收与探测装置；激光脉冲信号发射装置包括激光器、电光调制器、光学发射系统、信号发生器；激光脉冲信号接收与探测装置包括光学接收系统、光电探测器、示波器；激光器输出的光信号A001入射到电光调制器的光信号输入端，信号发生器产生的电脉冲信号A002传送到电光调制器的电信号输入端，电光调制器把电脉冲信号A002调制到光信号A001上，电光调制器输出的光信号A003再经光学发射系统发射到大气信道中；光信号A003经大气信道传输后，通过光学接收系统入射到光电探测器上，光电探测器输出的电信号再传送到示波器的输入端；具体的测量方法如下：1）探测并记录激光脉冲经大气信道传输后的时间波形采样数据，具体步骤如下：Step101：把激光脉冲信号发射装置和激光脉冲信号接收与探测装置分别置于大气信道的两端，使激光脉冲信号发射装置和激光脉冲信号接收与探测装置的光轴相互对准，并使激光脉冲信号发射装置和激光脉冲信号接收与探测装置正常工作；Step102：设置信号发生器，使信号发生器输出一电脉冲序列B001；在电脉冲序列B001中，各个脉冲的时域波形相同，各个脉冲的时域波形偏斜度为0，相邻两个脉冲的时间质心之间的间隔为T ，每个脉冲的均方根时间宽度为τ ，相邻两个脉冲之间互不重叠；Step103：使示波器正常工作，设置示波器的采样时间间隔Δt = T / M ，M 为一个脉冲重复周期内的采样点数；用示波器记录光电探测器探测到的脉冲序列波形采样数据B002；2）对记录的脉冲序列波形采样数据B002进行处理，得到激光脉冲经大气信道传输后的统计平均时域波形的偏斜度，具体步骤如下：Step201：把脉冲序列波形采样数据B002保存在一个一维数组W 中，数组W 的第i 个元素保存脉冲序列波形采样数据B002的第i 个采样的值，i = 1, 2, 3, ⋯, N ，N 为脉冲序列波形采样数据B002的采样个数，数组W 的第i 个元素表示为W [i ]，N > 20M ；Step202：对于数组W 的第1个至第M +1个元素，找出其中的值最小的元素对应的元素编号j m；创建一个包含M +1个元素的一维数组PL，并把数组PL的每个元素都赋值为0；令变量Counter = 0，Counter表示计数器变量，令变量J m = j m，J m表示编号指示变量；Step203：如果J m + M > N ，则转步骤Step205，否则执行如下操作：对于k = 1, 2, 3, ⋯, M +1，令PL[k ] = PL[k ] + W [J m + k − 1]，其中PL[k ]表示数组PL的第k 个元素，W [J m + k − 1]表示数组W 的第J m + k − 1个元素；Step204：令J m = J m + M ，Counter = Counter +1，转步骤Step203；Step205：对于k = 1, 2, 3, ⋯, M +1，令PL[k ] = PL[k ] / Counter；Step206：创建一个包含n t个元素的一维数组t s用于存储时刻位置，创建一个包含n t个元素的一维数组PA用于存储脉冲统计平均时域波形采样值，n t ≥16(M +1)；对于j = 1, 2, 3, ⋯, n t，令t s[ j ] = (j −1)T /(n t – 1)，其中t s[ j ]表示数组t s的第j 个元素；令数组PA的每个元素等于0；令数组PL的第k 个元素对应于(k −1)×T /M 时刻，其中k = 1, 2, 3, ⋯, M +1；对于j = 1, 2, 3, ⋯, n t，用三次样条插值方法根据数组PL的各个元素及其对应的时刻，插值计算在时刻t s[ j ]处的脉冲统计平均时域波形采样值B003，把采样值B003赋值给PA[ j ]，其中PA[ j ]表示数组PA的第j 个元素；Step207：脉冲统计平均时域波形的偏斜度S 为：，其中，，表示接收到的脉冲统计平均时域波形的时间质心，表示接收到的脉冲统计平均时域波形的均方根时间宽度。...
【技术特征摘要】
1.一种经大气信道传输后的激光脉冲时域波形偏斜度测量方法，其特征在于：需要使用激光脉冲信号发射装置和激光脉冲信号接收与探测装置；激光脉冲信号发射装置包括激光器、电光调制器、光学发射系统、信号发生器；激光脉冲信号接收与探测装置包括光学接收系统、光电探测器、示波器；激光器输出的光信号A001入射到电光调制器的光信号输入端，信号发生器产生的电脉冲信号A002传送到电光调制器的电信号输入端，电光调制器把电脉冲信号A002调制到光信号A001上，电光调制器输出的光信号A003再经光学发射系统发射到大气信道中；光信号A003经大气信道传输后，通过光学接收系统入射到光电探测器上，光电探测器输出的电信号再传送到示波器的输入端；具体的测量方法如下：1）探测并记录激光脉冲经大气信道传输后的时间波形采样数据，具体步骤如下：Step101：把激光脉冲信号发射装置和激光脉冲信号接收与探测装置分别置于大气信道的两端，使激光脉冲信号发射装置和激光脉冲信号接收与探测装置的光轴相互对准，并使激光脉冲信号发射装置和激光脉冲信号接收与探测装置正常工作；Step102：设置信号发生器，使信号发生器输出一电脉冲序列B001；在电脉冲序列B001中，各个脉冲的时域波形相同，各个脉冲的时域波形偏斜度为0，相邻两个脉冲的时间质心之间的间隔为T，每个脉冲的均方根时间宽度为τ，相邻两个脉冲之间互不重叠；Step103：使示波器正常工作，设置示波器的采样时间间隔Δt=T/M，M为一个脉冲重复周期内的采样点数；用示波器记录光电探测器探测到的脉冲序列波形采样数据B002；2）对记录的脉冲序列波形采样数据B002进行处理，得到激光脉冲经大气信道传输后的统计平均时域波形的偏斜度，具体步骤如下：Step201：把脉冲序列波形采样数据B002保存在一个一维数组W中，数组W的第i个元素保存脉冲序列波形采样数据B002的第i个采样的...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈纯毅，杨华民，倪小龙，娄岩，
申请(专利权)人：长春理工大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22
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