[发明专利]基于压缩感知与稀疏孔径的自由空间光通信系统及方法

权利要求书

1.一种基于压缩感知与稀疏孔径的自由空间光通信系统，其特征在于，包括稀疏孔径单元、自由空间准直单元、光束变换单元、束斑合成透镜（13）、空间光调制器映射透镜（14）、第七反射镜（15）、空间光调制器模块、会聚收光单元、点探测器、加法器（19）和计算模块（20）；其中，所述稀疏孔径单元包括至少三个子望远镜透镜，所述自由空间准直单元包括至少三个准直透镜，所述光束变换单元包括至少三个反射镜组；

所述一子望远镜透镜、一准直透镜、一反射镜组形成一条光路，各条光路上入射的光信号分别投射到所述束斑合成透镜（13）上，该透镜用于实现稀疏孔径直接成像，然后通过所述空间光调制器映射透镜（14）、第七反射镜（15）将所述稀疏孔径直接成像映射到所述空间光调制器模块，所述空间光调制器模块根据随机光学调制矩阵对稀疏孔径成像光场做随机调制，随机调制后的光经由会聚收光单元收集，再由点探测器采集，并将采集到的光信号转换成有效电信号；所述加法器（19）对所得到的各路电信号进行计算，将计算结果输入到所述计算模块（20）；上述过程重复多次后，所述计算模块（20）利用压缩感知理论重建经扰动退化后的点扩散函数，实现点对点的自由空间光通信。

2.根据权利要求1所述的基于压缩感知与稀疏孔径的自由空间光通信系统，其特征在于，所述空间光调制器模块包括级联式结构与非级联式结构；其中，

所述非级联式结构中只包含一个空间光调制器，该唯一的空间光调制器位于所述空间光调制器映射透镜（14）的焦平面上，在这一唯一的空间光调制器上加载二值随机测量矩阵以实现对自由空间光的随机光强调制；

所述级联式结构中包含2ⁿ-1个空间光调制器，其中的n表示级联的层数，n≥2；每一层上包含有2^n-1个空间光调制器；其中，第一层的空间光调制器位于所述空间光调制器映射透镜（14）的焦平面上，第n层中的相应两个空间光调制器位于第n-1层中与其首尾相接的一个空间光调制器的两个反射方向上。

3.根据权利要求2所述的基于压缩感知与稀疏孔径的自由空间光通信系统，其特征在于，在所述的非级联式结构中，所述的空间光调制器模块只包含一个空间光调制器，所述的会聚收光单元、点探测器各有两个，所述的两个会聚收光单元分别位于该唯一的空间光调制器的两路反射方向上；所述两个点探测器分别位于所述两个会聚收光单元之后，所述两个点探测器分别与所述加法器（19）输入端的正负极相连。

4.根据权利要求2所述的基于压缩感知与稀疏孔径的自由空间光通信系统，其特征在于，在一所述的级联式结构中，所述空间光调制器模块包括第一空间光调制器（16-1）、第二空间光调制器（16-2）、第三空间光调制器（16-3）；所述会聚收光单元包括第一会聚收光单元（17-1）、第二会聚收光单元（17-2）、第三会聚收光单元（17-3）、第四会聚收光单元（17-4）；所述点探测器包括第一点探测器（18-1）、第二点探测器（18-2）、第三点探测器（18-3）、第四点探测器（18-4）；

所述第一空间光调制器（16-1）对接收到的光做等分调制，平均分配到两个反射方向；所述第二空间光调制器（16-2）、第三空间光调制器（16-3）分别位于所述第一空间光调制器（16-1）的两个反射方向上；所述第一会聚收光单元（17-1）、第二会聚收光单元（17-2）位于所述第二空间光调制器（16-2）的两个反射方向上，所述第三会聚收光单元（17-3）、第四会聚收光单元（17-4）位于所述第三空间光调制器（16-3）的两个反射方向上；所述第一会聚收光单元（17-1）、第二会聚收光单元（17-2）、第三会聚收光单元（17-3）、第四会聚收光单元（17-4）所采集的光分别由第一点探测器（18-1）、第二点探测器（18-2）、第三点探测器（18-3）、第四点探测器（18-4）探测采集；所述第一点探测器（18-1）、第三点探测器（18-3）分别连接到所述加法器（19）接入端的正极，所述第二点探测器（18-2）、第四点探测器（18-4）分别连接到所述加法器（19）接入端的负极。