[发明专利]基于Stokes参量识别的偏振调制空间激光通信方法

说明书

技术领域

本发明属于空间激光通信领域。具体的说，涉及基于Stokes参量识别的偏振调制空间激光通信方法、发射终端以及接收终端。

背景技术

通信数据传输需求的日益增加对网络传输速率提出了更高的要求。在无线通信领域，空间激光通信由于具有通信速率高、光束指向性好、体积和功耗小等优点，已成为无线通信的重要发展趋势。现有空间激光通信系统中光信号的调制方法大都基于光波的强度调制或相位调制。强度调制方法结构简单、易于实现，然而抗大气衰减和大气湍流效应较差。相位调制方法虽然可以在一定程度上提高通信接收系统的探测灵敏度，改善系统的信道适应性，但结构复杂，成本较高。另一方面，光波在大气中传输时偏振度的变化较小，这使得基于偏振调制的空间激光通信在大气信道适应性方面具有明显的优越性。

偏振调制空间激光通信方法是以光波的不同偏振态表示通信数据，在接收端通过对光波偏振态进行检测和识别，完成信息的传递。现有的偏振通信方法大都以光波的正交线偏振态或圆偏振态分别表示通信逻辑进行数据传递的，参见【赵新辉，姚勇，孙云旭等，“一种新的自由空间光通信调制方式——圆偏振位移键控”，光学学报，2008年12月】。由于大气处于运动状态，偏振光经过大气时虽然偏振度变化较小，但偏振态会有微小的变动，这将影响通信系统的可靠性和有效性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于Stokes参量识别的偏振调制空间激光通信方法、发射终端以及接收终端，以增强偏振调制空间激光通信系统的大气信道可靠性、有效性和适应性。

本发明是这样实现的：

1.技术原理

不论是偏振光、部分偏振光还是自然光，其偏振特性均可以用Stokes参量[S₀ S₁S₂ S₃]进行表征。左旋圆偏振光、右旋圆偏振光和自然光的Stokes参量S_左旋、S_右旋和S_自然分别为：

S_左旋=[S₀ S₁ S₂ S₃]=I₀[1 0 0 -1]

S_右旋=[S₀ S₁ S₂ S₃]=I₀[1 0 0 1]

S_自然=[S₀ S₁ S₂ S₃]=I₀[1 0 0 0]

式中I₀表示光强。Stokes分量S₃表示光波中右旋圆偏振分量与左旋圆偏振分量光强之差。当光波为左旋圆偏振光时，Stokes分量S₃=-I₀；当光波为右旋圆偏振光时，S₃=I₀；当光波为自然光时，S₃=0。

左旋圆偏振光和右旋圆偏振光在大气中传输时，受大气扰动的影响，一方面偏振度会有微小的降低；另一方面，偏振态通常会分别变为左旋椭圆偏振和右旋椭圆偏振。换言之，左旋圆偏振光和右旋圆偏振光经过大气传输后，其Stokes参量可以分别看成是少量自然光与左旋椭圆偏振光或右旋椭圆偏振光的线性叠加，即：

S_{左旋传输后}=S_自然光+S_{左旋椭圆偏振光}

S_{右旋传输后}=S_自然光+S_{右旋椭圆偏振光}