一种微弱脉冲光信号检测装置和检测方法，该装置包括高灵敏度光电倍增管、前置放大器、高速数字信号处理器和计算机，所述的高速数字信号处理器划分为高速Ａ／Ｄ单元、自动阈值设置单元、单光子甄别输出单元、自适应脉宽匹配滤波单元、脉冲提取与定位输出单元和解调单元，所述的高速数字信号处理器通过软件实现单光子甄别与通信信号处理。该检测装置和检测方法可以解决在不同应用场合、背景噪声和脉冲畸变下的脉冲光信号检测和提取的难题，基于高速ＤＳＰ芯片，成本低，集成度高，具有一定的智能、灵敏度高、抗噪能力强、误码率低、结构简单和重量轻，可用于自由空间激光通信中脉冲位置调制微弱脉冲光信号的检测。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种背景噪声下的微弱脉冲光信号检测装置，特别是一种基于高速 数字信号处理器(DSP)实现的、自动设置阈值与自适应脉宽的单光子甄别计数技 术的，可以在背景噪声情况下准确的检测和提 取微弱的脉冲位置调制脉冲光信号，进而在此基础上对准确提取到的脉冲光信号进 行正确的解调，并将解调结果实时输出显示和存储。
技术介绍
随着脉冲激光器技术的不断发展，激光越来越广泛应用于自由空间激光通信领 域，传输距离也在不断增加，应用场合也越来越多样化，与此同时随着激光传输距 离的增加，传输信道所导致的脉冲畸变与衰减也越来越严重，接收能量达到了每微 秒几个光子的水平甚至更低，接收脉冲的宽度也从上百纳秒 几十微秒甚至更长。 通常自由空间激光通信大都采用脉冲位置调制方式，因而脉冲的畸变严重影响信号 的正确解调，从而对光电检测技术也提出了越来越高的要求，传统的模拟光电探测 技术已难以满足通信要求，单光子探测技术正在被越来越多的采用，相比较于传统 的光电检测技术，单光子检测技术具有更高的灵敏度，可以用于探测微弱光信号。 基于通信时信号的不确定和不可预知问题，对微弱光信号的接收提出了多方面要 求① 采用单光子探测技术，以满足超高灵敏度需求；② 能从背景噪声环境中提取信号，能根据不同应用场合、不同的背景噪声情形自动设置单光子甄别阈值，同时还能够抵抗一定的突发噪声；③ 能够根据接收到的信号脉冲宽度情况自动调节匹配滤波的参数，准确的提取 脉冲位置，并对提取的脉冲信号进行正确的解调，满足通信误码率性能要求；④ 能够实时连续工作，装置集成化程度高，工作稳定可靠，成本低。 现有的单光子检测技术多采用国外进口的单光子计数卡，价格昂贵，开发灵活性差，无法满足特定需求，采用与单光子能量甄别的方案，主要解决高灵敏度的问 题，然而对于实际的激光通信应用系统而言，通常处于背景光噪声中，同时随着应 用场合的不同，背景噪声特性也会发生变化；此外传统的单光子检测技术通常采用固定脉宽周期内计数的方式对信号脉冲进行识别和提取，难于适应脉宽发生变化的 场合，容易导致误码的产生。本专利技术要解决的问题在于克服上述传统光电检测技术和一般单光子检测技术 在自由空间激光通信应用当中所遇到的难题，提供一种微弱脉冲光信号检测装置和 检测方法，该装置可以解决在不同应用场合、背景噪声和脉冲畸变下的脉冲光信号 检测和提取的难题，基于高速DSP芯片，成本低，集成度高，具有一定的智能、灵 敏度高、抗噪能力强、误码率低、结构简单和重量轻，可用于自由空间激光通信中 脉冲位置调制微弱脉冲光信号的检测。本专利技术的技术解决方案如下一种微弱脉冲光信号检测装置，其特点是包括高灵敏度光电倍增管、前置放大 器、高速数字信号处理器和计算机，所述的高速数字信号处理器划分为高速A/D单 元、自动阈值设置单元、单光子甄别输出单元、自适应脉宽匹配滤波单元、脉冲提 取与定位输出单元和解调单元，通过软件实现单光子甄别与通信信号处理。利用上述的装置进行微弱激光脉冲激光信号的探测方法，包括如下步骤① 准备工作所述的高速数字信号处理器上电复位，由该高速数字信号处理器 的晶振提供主时钟信号/。、 T。，并通过内部分频器分频输出/}、 7H乍为高速A/D单 元数据采集A/D的时钟信号，再由该时钟信号送可调计数器，初步设置计数值，向 自适应脉宽匹配滤波单元提供初始匹配滤波脉冲宽度为K的时钟信号力、② 光电转换高灵敏度光电倍增管将微弱光信号转换为电信号并通过小信号低 噪声前置放大电路放大后送入所述的高速数字信号处理器的高速A/D单元，将模拟 信号转换为数字信号；③ 自适应阈值甄别在所述的高速数字信号处理器工作状态稳定后，该高速数 字信号处理器将自适应阈值设置单元所有寄存器清零，并首先工作在阈值模式，接收高速A/D单元输出的数字信号，并将1秒钟内的背景噪声统计平均得到V^，依据误码率性能的要求和背景噪声设置甄别阈值为D = Q*V^ ，其中Q为正整数，即甄别阈值为背景噪声的倍数，随之转入甄别模式，单光子甄别输出单元依次对高速A/D单元输出的数字信号进行甄别，确保在噪声情况下无输出，即输出为"0"， 在有信号到达时，输出为"1";
技术实现思路
④ 自适应脉宽匹配滤波与最大似然检测根据最大似然判决准则和匹配滤波的 原理，确定初始似然判决门限7V'，自适应脉宽匹配滤波单元在脉冲宽度K内，对 单光子甄别输出单元的输出结果进行累加，并将累加结果N与初始似然判决门限W' 比较，如果大于则认为是信号脉冲，进而统计此时的最长连"1"的个数，自动调 节累加的脉冲宽度K和似然判决门限iV'，确保对脉冲信号的准确匹配，并依据最 大似然准则，依次对后续输入信号进行自适应脉宽匹配滤波与最大似然检测信号处 理；⑤ 脉冲提取与定位脉冲提取与定位输出单元完成微弱脉冲信号的检测与定位；⑥ 解调及结果显示解调单元对脉冲提取与定位输出单元准确提取的脉冲位置信息进行实时解调，并将解调结果送后续计算机存储和显示，完成通信。 本专利技术的技术特点是1、 通过基于高速DSP、软件实现的单光子甄别与信号处理模块中的高速A/D 单元、自动阖值设置单元和自适应脉宽匹配滤波单元，可以根据背景噪声依据误码 率性能要求自动设置判决门限、根据接收信号的脉宽自适应设置最佳脉宽，同时采 用了最佳似然判决可以剔除突发噪声干扰，从背景噪声中准确地提取微弱脉冲光信 号。2、 所述的基于高速DSP、软件实现的单光子甄别与信号处理模块中的高速A/D 单元，可以将前置放大输出的模拟光信号以极高的速率转换为数字信号。3、 所述的自动阈值设置单元可以首先在没有信号的时候工作在阈值模式，并根 据接收到的背景噪声情况依据误码率性能要求设置单光子判决门限。4、 所述的单光子甄别单元可以依据前述确定的单光子判决门限工作在甄别模 式，确保背景噪声不被甄别为单光子输出，同时也使得有光信号时的光能量都能甄 别出来。5、 所述的自适应脉宽匹配滤波单元可以基于预先计算的脉宽对输入信号进行匹 配滤波进而再配合脉冲提取与定位输出单元根据接收到的信号脉宽通过可调计数器 自适应调节设置到最佳匹配脉宽，从背景噪声中提取出微弱脉冲光信号。6、 所述的脉冲提取与定位输出单元可以配合前述自适应脉宽匹配滤波单元基于 最大似然判决准则，依据匹配滤波输出设置似然判决门限，剔除突发噪声的影响， 结合匹配滤波从接收到的光信号当中提取出有用的微弱脉冲光信号并对脉冲位置进 行精确定位。7、 所述的解调单元可以依据前述准确提取的脉冲位置信息对接收到的脉冲位置调制信号进行实时解调，并将解调结果送后续计算机PC实时显示和存储；8、 所述的高速DSP的高频率稳定度、高频晶振作为本装置的主时钟/c、 r0，并由该主时钟通过DSP内的分频器提供用于高速A/D的时钟力、r;，再由该时钟经过DSP内的另一可调计数器提供用于匹配滤波的时钟力、r2。9、 本专利技术通过所述的以高速数字信号处理器(DSP)为主器件的电路来实现，体积小，重量轻，集成度高，可靠性好，性价比高。本专利技术的优点在于① 本专利技术采用高速数字信号处理器(DSP)结合高速A/D来实现甄别阈值和脉宽的 自适应设置，因此，装置体积小，重量轻，集成度高，性价比高；② 本专利技术采用了单光子计数探测技术，具有高探测灵敏度，可本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种微弱脉冲光信号检测装置，其特征在于包括高灵敏度光电倍增管（１）、前置放大器（２）、高速数字信号处理器（３）和计算机（４），所述的高速数字信号处理器（３）划分为高速Ａ／Ｄ单元（３２）、自动阈值设置单元（３３）、单光子甄别输出单元（３４）、自适应脉宽匹配滤波单元（３５）、脉冲提取与定位输出单元（３６）和解调单元（３８），通过软件实现单光子甄别与通信信号处理。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：周田华，陈卫标，雷琳君，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]
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