一种微弱脉冲光信号检测装置，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。本实用新型专利技术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。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
本技术涉及一种背景噪声下的微弱脉冲光信号检测装置，该装置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。
技术实现思路
本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，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。 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f0、T0，并通过内部分频器分频输出f1、T1作为高速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T2的时钟信号f2、T2； 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 依据误码率性能的要求和背景噪声设置甄别阈值为其中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”； 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N′，自适应脉宽匹配滤波单元在脉冲宽度T2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N′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T2和似然判决门限N′，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。 本技术的优点在于 ①本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本技术采用了单光子计数探测技术，具有高探测灵敏度，可以达到单光子量级； ③本技术采用了自动设置甄别阈值的技术，可以在不同应用场合根据背景噪声强度和误码性能要求自动设置判决门限，降低了对接收信号信噪比的要求，拓宽了应用场合，减少了人工设置和调节环节； ④本技术采用了自适应脉宽的技术，可以在接收到的脉冲信号发生畸变的情况下，基于预设好的某个次佳脉宽根据实际脉宽调整到最佳脉宽，从而获得最佳的匹配滤波效果，确保脉冲位置的准确提取及后续正确解调，提高了系统的误码性能，同时由于基于最大似然判决，抗突发噪声能力也强； ⑤本技术解决了在不同应用场合、背景噪声和脉冲畸变的情况下准确提取微弱脉冲光信号的难题，并可基于发送端采取的调制方式对其进行准确的解调，满足通信性能要求，可广泛应用于自由空间激光通信中，具有广阔的应用前景，可以推动相关技术的不断实用，具有良好的市场前景。附图说明图1为本技术微弱脉冲光信号检测装置整体结构示意图； 图2为本技术微弱脉冲光信号检测装置中DSP3的内部逻辑功能单元划分示意图； 图3为本技术基于高速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微弱脉冲光信号检测装置的时序图； 图4为本技术基于高速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微弱脉冲光信号检测装置的流程图。 图中1-高灵敏度光电倍增管、2-前置低噪声放大电路、3-高速数字信号处理器(DSP)、4-计算机、31-可调分频器、32-高速A/D单元、33-单光子甄别自动阈值设置单元、34-单光子甄别输出单元、35-自适应脉冲宽度匹配滤波单元、36-脉冲提取与定位输出单元、37-可设置计数器、38-解调单元。具体实施方式 下面结合实施例和附图对本技术作进一步说明，但不应以此限制本技术的保护范围。 本技术装置以某场合下的自由空间激光通信为实施例，采用脉冲位置调制方式，其预计接收到的信号脉冲宽度为250ns，信号强度小于1nw，误码率要求优于Pe＜＝10-5。 首先请参照图1和图2，图1为本技术微弱脉冲光信号检测装置整体结构示意图，图2为本技术微弱脉冲光信号检测装置中DSP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）。
【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：实用新型
国别省市：31[中国|上海]
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