基于黑寡妇算法的相干光通信系统分析方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于黑寡妇算法的相干光通信系统分析方法，以黑寡妇算法作为无波前自适应系统的优化算法来校正相干自由空间光通信系统中由大气湍流干扰产生的波前畸变。本发明专利技术的基于黑寡妇算法的相干光通信系统分析方法，引入BWO算法作为SLAO系统的优化算法，通过仿真验证了该算法的可行性。相较于现有技术中的SPGD算法，本发明专利技术的基于黑寡妇算法的相干光通信系统分析方法在强弱湍流下都有着更高的波前畸变校正能力，使系统具有更强的鲁棒性。通过仿真对比，本发明专利技术的基于黑寡妇算法的相干光通信系统分析方法的单种群和四种群在畸变校正能力上和实时性上的区别，可以应用在不同的工程时间场景中。的工程时间场景中。的工程时间场景中。

【技术实现步骤摘要】
基于黑寡妇算法的相干光通信系统分析方法


[0001]本专利技术涉及相干光通信
，特别涉及一种基于黑寡妇算法的相干光通信系统分析方法。

技术介绍

[0002]自由空间光通信(Free Space Optical Communication，FSOC)是一种以激光为载体，大气为信道的无线通信方式。FSOC具有较高的保密性，强大的抗电磁干扰能力，更高的信道利用率与更快的传输速率等优点，是无线通信领域重要的研究热点之一。FSOC系统在星地通信、星间通信、边防海防、“最后一公里”、紧急救灾通信等军事民事领域应用广泛。
[0003]目前，在FSOC系统中，相较于采用强度调制/直接探测方式的传统FSOC系统，相干FSOC(Coherent Free Space Optical Communication,CFSOC)系统因其具有调制方式灵活、探测灵敏度高以及信道选择性好等优势，已经成为FSOC领域中广泛研究和应用的技术之一。由于以大气为信道，大气湍流引起的光强闪烁、光束漂移以及到达角起伏都会对光束质量产生极大的影响，降低系统的误码率(Bit Error Rate,BER)，提高通信质量和稳定性。因此，如何高效的完成CFSOC系统的信道补偿是当前研究的关键。
[0004]自适应光学(Adaptive Optics，AO)技术被认为是CFSOC系统中信道补偿的有效手段。它采用实时测量、闭环校正的方式抑制大气湍流效应对CFSOC系统性能的影响。AO系统可以分为传统AO系统和无波前AO系统(sensor
‑<br/>less adaptive optics，SLAO)。传统AO系统通常采用夏克
‑
哈特曼(Shark
‑
Hartmman，S
‑
H)波前传感器来测量波前像差。虽然S
‑
H波前传感器在传统AO系统中有着良好的测量性能，但仍存在较多的缺点，包括价格昂贵、多次分光导致的能量利用率低以及在部分应用场景中存在部署困难等问题。因此，通过电荷耦合器件(Charge Coupled Device,CCD)取代波前传感器的SLAO系统被广泛的开发与研究。
[0005]在SLAO系统中，采用自适应优化算法代替传统S
‑
H波前传感器的波前重构，节省了传感器的空间，降低了波束分裂过程造成的能量损失。CFSOC的性能完全取决于优化算法的性能，因此与S
‑
H波前传感器不同，SLAO系统在强湍流中具有潜在的应用价值。在SLAO系统中，最为通用的优化算法是随机并行梯度下降算法(Stochastic Parallel Gradient Descent,SPGD)。基于同步扰动随机近似理论的SPGD算法，因其结构简单、校正性能强以及便于工程实现等优点，被广泛应用于SLAO系统中。然而，SPGD算法也存在一定的缺陷，例如易陷入局部最优解，并且在强湍流下不能有效校正波前畸变。

技术实现思路

[0006]本专利技术要解决现有技术中的技术问题，提供一种基于黑寡妇算法的相干光通信系统分析方法。
[0007]为了解决上述技术问题，本专利技术的技术方案具体如下：
[0008]一种基于黑寡妇算法的相干光通信系统分析方法，以黑寡妇算法作为无波前自适应系统的优化算法来校正相干自由空间光通信系统中由大气湍流干扰产生的波前畸变。
[0009]在上述技术方案中，该基于黑寡妇算法的相干光通信系统分析方法包括以下步骤：
[0010](1)初始化电压矩阵；
[0011](2)在设定范围内，随机生成N组电压矩阵以作为pop1解空间；
[0012](3)在pop1中根据适应度选择N/2组父母，然后进行同类相食；
[0013](4)性同类相食与子代同类相食；
[0014](5)保存剩余解到pop2解空间；
[0015](6)从pop1中选择一部分突变后保留到pop3；
[0016](7)更新pop＝pop2+pop3；
[0017](8)重复(2)至(7)直到所有种群遍历完成。
[0018]在上述技术方案中，黑寡妇算法中的种群数量设置为：1
‑
4。
[0019]在上述技术方案中，黑寡妇算法中的种群个体数设置为：20
‑
100。
[0020]在上述技术方案中，黑寡妇算法中的初始同类相食率设置为：0.2。
[0021]在上述技术方案中，黑寡妇算法中的同类相食系数设置为：0.6。
[0022]在上述技术方案中，黑寡妇算法中的突变率设置为：0.2。
[0023]在上述技术方案中，黑寡妇算法中的繁殖率设置为：0.8。
[0024]本专利技术具有以下有益效果：
[0025]本专利技术的基于黑寡妇算法的相干光通信系统分析方法，引入BWO算法作为SLAO系统的优化算法，通过仿真验证了该算法的可行性。
[0026]相较于现有技术中的SPGD算法，本专利技术的基于黑寡妇算法的相干光通信系统分析方法在强弱湍流下都有着更高的波前畸变校正能力，使系统具有更强的鲁棒性。
[0027]通过仿真对比，本专利技术的基于黑寡妇算法的相干光通信系统分析方法的单种群和四种群在畸变校正能力上和实时性上的区别，可以应用在不同的工程时间场景中。
附图说明
[0028]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明。
[0029]图1为本专利技术的基于黑寡妇算法的相干光通信系统分析方法中，BWO算法的流程示意图。
[0030]图2为同类相食率变化曲线示意图。
[0031]图3为十次重复实验的标准差图。
[0032]图4为32单元自适应DM结构设计示意图。
[0033]图5为弱湍流情况下的第4到第35阶Zernike系数示意图。
[0034]图6为强湍流情况下的第4到第35阶Zernike系数示意图。
[0035]图7为弱湍流情况下的初始像差示意图。
[0036]图8为强湍流情况下的初始像差示意图。
[0037]图9
‑
12分别为不同湍流下BWO算法的RMS变化图；其中，图9为单种群弱湍流的RMS变化图，图10为四种群弱湍流的RMS变化图，图11为单种群强湍流的RMS变化图，图12为四种群强湍流的RMS变化图。
[0038]图13和14分别为BWO算法校正后的相位图；其中，图13为弱湍流下校正后的相位
图，图14为强湍流下校正后的相位图。
[0039]图15
‑
18分别为不同湍流下BWO算法的ME变化图；其中，图15为单种群弱湍流的ME变化图，图16为四种群弱湍流的ME变化图，图17为单种群强湍流的ME变化图，图18为四种群强湍流的ME变化图。
[0040]图19
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22分别为不同湍流下BWO算法的BER变化图；其中，图19为单种群弱湍流的BER变化图，图20为四种群弱湍流的B本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于黑寡妇算法的相干光通信系统分析方法，其特征在于，以黑寡妇算法作为无波前自适应系统的优化算法来校正相干自由空间光通信系统中由大气湍流干扰产生的波前畸变。2.根据权利要求1所述的基于黑寡妇算法的相干光通信系统分析方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)初始化电压矩阵；(2)在设定范围内，随机生成N组电压矩阵以作为pop1解空间；(3)在pop1中根据适应度选择N/2组父母，然后进行同类相食；(4)性同类相食与子代同类相食；(5)保存剩余解到pop2解空间；(6)从pop1中选择一部分突变后保留到pop3；(7)更新pop＝pop2+pop3；(8)重复(2)至(7)直到所有种群遍历完成。3.根据权利要求2所述的基于黑寡妇算法的相干光通信系统分析方法，其特征在于，黑寡妇算...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘维，马鑫洋，金玳冉，毛勇名，
申请(专利权)人：长春长光奥闰光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：