【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及高速星地激光通信领域，尤其是一种星地相干光通信多孔径接收性能评估方法。
技术介绍
1、随着空间信息技术的发展，星地通信宽带的需求不断升级。自由空间光通信技术因其大宽带和高保密性成为目前研究与应用的焦点。空间激光通信技术根据调制方式可分为非相干光通信技术和相干光通信技术。相干光通信技术凭借大宽带、较高的探测灵敏度和较好的背景噪声抑制能力等优势在超高速和远距离通信应用方面具有显著优势。
2、激光在星地间传输会受到大气湍流的影响，进而影响通信中的误码率、信噪比、中断概率等性能，严重影响激光传输的质量。空间分集技术中的多孔径接收技术可以缓解大气湍流对星地相干光通信系统的负面影响。同时进行星地相干光通信室外实验成本高、难度大，数值模拟方法已经成为模拟通信链路和建立光学系统的普遍方法。
3、在公开号为cn116488737a的专利文件中，提供了一种包括多孔径接收装置的空间光通信系统。在公开号为cn117376157a的专利文件中，提供了一种应用于大气激光通信领域的多孔径接收技术仿真方法。目前仍未有评价相干光通信多孔径接收系统通信性能的可靠方法。在论文《satellite-to-ground optical downlink model using modemismatching multi-mode photonic lanterns》中，guo等人构建了von-karman湍流数值模拟模型以模拟0-20km内的星地大气湍流效应。在论文《空间分集光密钥生成的信道相关性影响》中，李辉等人建立了基于kolm
4、目前缺乏对星地激光通信多孔径接收的性能评估方法，并且现有的大多数星地激光通信系统中大气湍流数值模拟模型都假设湍流在传播路径上为均匀大气湍流，这与实际情况不符，导致数值模拟结果与星地间实际的非均匀大气湍流环境存在较大误差。
技术实现思路
1、本专利技术需要解决的技术问题是提供一种星地相干光通信多孔径接收性能评估方法。旨在解决当前研究无法准确模拟星地间大气湍流效应及缺乏可靠评估星地相干光通信多孔径接收性能的问题，可以确描述卫星与地面间大气湍流效应以及评估星地相干光通信性能。
2、为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种星地相干光通信多孔径接收性能评估方法，包括步骤如下：
3、步骤1：采用加入次谐波补偿的功率谱反演法生成多层non-kolmogorov湍流相位屏；
4、步骤2：采用等rytov指数间隔法将多层相位屏排序形成多层非等距相位屏；
5、步骤3：采用分布式光传输理论对激光在星地间的传输进行模拟；
6、步骤4：分析总体混频效率值；
7、步骤5：分析误码率。
8、本专利技术技术方案的进一步改进在于：步骤1具体步骤如下：
9、不考虑湍流内外尺度，non-kolmogorov湍流的三维功率谱фn具体表达式为：
10、
11、
12、式中：α1、α2、α3分别为边界层、对流层、平流层的湍流谱幂律，kr为空间波函数，l为传输总距离，h为距离地面的高度，cn2(h)为折射率结构常数的高度分布模型，其具体表达式为：
13、
14、式中：a＝1.7×10-14[m-2/3]，v＝21[m/s]为近地面风速；
15、使用功率谱密度函数对一个均值为0、方差为1的复高斯随机矩阵进行滤波，将滤波后的函数进行傅里叶逆变换得到随机相位屏的高频分量基于傅里叶低频谐波重采样，通过插值合并生成低频次谐波补偿随机相位屏表达式为：
16、
17、本专利技术技术方案的进一步改进在于：步骤2具体步骤如下：
18、步骤2.1：设定一个常数c；
19、步骤2.2：建立恒等式σr2(δzi)≡c，其中σr2(δzi)＝1.23cn2(zi)k7/6(δzi)11/6，k＝2π/λ，δzi为第i个相位屏和第i+1个相位屏间的距离；
20、步骤2.3：根据恒等式1.23cn2(0)k7/6(δz1)11/6≡c、近地面的湍流折射率结构常数cn2(0)及常数c计算第一层相位屏的高度δz1；
21、步骤2.4：根据恒等式1.23cn2(zi)k7/6(δzi)11/6≡c、第i层相位屏对应高度的湍流折射率结构常数cn2(zi)及常数c计算各δzi；
22、步骤2.5：重复步骤2.4直到相位屏累计间隔等于传输总距离。
23、本专利技术技术方案的进一步改进在于：步骤3具体步骤如下：
24、将大气信道表示为一系列湍流相位屏,之后给每一个相位屏引入一个随机相位，最后用huygens-fresnel理论来模拟相位屏之间的相互作用。光束在湍流路径上的传输过程可使用公式表述为：
25、
26、式中：f-1{·}表示傅里叶逆变换，kx和ky分别表示波函数在x和y方向的分量。
27、本专利技术技术方案的进一步改进在于：步骤4具体步骤如下：
28、步骤4.1：计算每个孔径的混频效率，其具体表达式为：
29、
30、式中：i表示第i个孔径，al,i表示第i个孔径接收的本振光振幅，as,i表示i个孔径接收的信号光振幅，表示第i个孔径接收本振光与信号光间的空间相位差，s为信号光的混频面积；
31、步骤4.2：将每个孔径的混频效率求和后取平均，即可计算出多孔径接收系统的总体混频效率值，其具体表达式为：
32、
33、式中：m为总孔径数。
34、本专利技术技术方案的进一步改进在于：步骤5具体步骤如下：
35、利用误码率定量评估星地大气湍流对相干光通信多孔径接收的影响，其具体表达式为：
36、
37、式中：erfc(·)为互补误差函数，η为光探测器的量子效率，np为单个比特内接收到的光子数。
38、由于采用了上述技术方案，本专利技术取得的技术进步是：通过采用加入次谐波补偿的功率谱反演法生成多层non-kolmogorov湍流相位屏；采用等rytov指数间隔法将多层相位屏排序形成多层非等距相位屏，采用分布式光传输理论对激光在星地间的传输进行模拟，可以充分真实准确的模拟出真实的不均匀的星地间大气湍流特性。通过使用混频效率和误码率对通信接受性能进行评估，可以定量评估，评估更加准确，为新一代信息技术产业中的高速星地激光通信领域提供技术参考。
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1.一种星地相干光通信多孔径接收性能评估方法，其特征在于：包括步骤如下：
2.根据权利要求1所述的一种星地相干光通信多孔径接收性能评估方法，其特征在于：步骤1具体步骤如下：
3.根据权利要求1所述的一种星地相干光通信多孔径接收性能评估方法，其特征在于：步骤2具体步骤如下：
4.根据权利要求1所述的一种星地相干光通信多孔径接收性能评估方法，其特征在于：步骤3具体步骤如下：
5.根据权利要求1所述的一种星地相干光通信多孔径接收性能评估方法，其特征在于：步骤4具体步骤如下：
6.根据权利要求1所述的一种星地相干光通信多孔径接收性能评估方法，其特征在于：步骤5具体步骤如下：
【技术特征摘要】
1.一种星地相干光通信多孔径接收性能评估方法，其特征在于：包括步骤如下：
2.根据权利要求1所述的一种星地相干光通信多孔径接收性能评估方法，其特征在于：步骤1具体步骤如下：
3.根据权利要求1所述的一种星地相干光通信多孔径接收性能评估方法，其特征在于：步骤2具体步骤如下：
4.根...
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