[发明专利]大气湍流光传输信道的信号时间起伏均方根带宽测量方法

说明书

本发明涉及一种大气湍流光传输信道的信号时间起伏均方根带宽测量方法，该方法首先测量发射功率恒定的连续激光经大气湍流信道传输后的光信号时间起伏数据；然后再对测量得到的光信号时间起伏数据进行处理，得到光信号起伏时间协方差函数的离散测量数据；最后根据光信号起伏时间协方差函数的离散测量数据，利用差值定理及其推论解算测量数据二阶导数方法来计算出光信号起伏时间协方差函数的二阶导数，并依据光信号时间起伏均方根带宽与光信号起伏时间协方差函数及其二阶导数的关系来解算出光信号时间起伏均方根带宽的值。

技术领域

本发明涉及一种大气湍流光传输信道的信号时间起伏均方根带宽测量方法，属于大气信道光传输技术领域。

背景技术

大气湍流导致无线激光通信系统的光信号发生随机起伏，引起激光通信系统性能降低。为了分析和理解大气湍流对无线激光通信系统的影响并设计相应的抑制措施，需要对实际大气光传输信道中的光信号时间起伏的均方根带宽进行测量。光信号时间起伏的均方根带宽定义为：

其中，ω表示时间角频率，S_I(ω)表示光信号随机起伏的时间功率谱函数。光信号时间起伏的均方根带宽是分析光信号平均衰落周期的关键参数。发表在2002年SPIE会议论文集第4635卷的论文《Performance Analysis of Free-space,On-Off-Keying OpticalCommunication Systems Impaired by Turbulence》给出了根据光信号起伏时间协方差函数计算光信号时间起伏的均方根带宽的表达式：

其中，B_I(τ)表示光信号起伏时间协方差函数，τ为光信号起伏时间协方差函数的时间差参数，B″_I(τ)表示B_I(τ)的二阶导数。就大气湍流光传输信道而言，发射功率恒定的连续激光信号被光学接收系统接收后在若干分钟量级的时间内通常可以看作是统计平稳随机信号，即B_I(τ)＝B_I(-τ)。

发表在《数学物理学报》2015年35A卷6期上的论文《差值定理在离散数据二阶导数解算中的应用》介绍了利用差值定理及其推论解算测量数据二阶导数方法来根据离散测量数据计算二阶导数的技术。在获得了B_I(τ)的离散测量值后，可以用该技术来计算B″_I(τ)。

发明内容

本发明的目的在于提供一种大气湍流光传输信道的信号时间起伏均方根带宽测量方法，通过测量经大气湍流信道传输后的光信号时间起伏数据，得出光信号时间起伏均方根带宽。

本发明的技术方案是这样实现的：大气湍流光传输信道的信号时间起伏均方根带宽测量方法，其特征在于：需要使用激光器、光学发射系统、光学接收系统、光电探测器、数据采集与计算机系统；激光器发射的功率恒定的连续激光信号A001经光学发射系统发射到大气湍流信道中，激光信号A001经大气湍流信道传输后，通过光学接收系统入射到光电探测器上，光电探测器输出的电信号经数据采集与计算机系统进行模数转换并存储到计算机文件中。具体的测量方法如下：

1)探测并记录激光信号A001经大气湍流信道传输后的时间起伏数据，具体步骤如下：

步骤Step101：使光学发射系统和光学接收系统的光轴相互对准，使激光器、光电探测器、数据采集与计算机系统正常工作；

步骤Step102：设置数据采集与计算机系统的信号采样时间间隔为Δ_t；设置数据采集时间长度为T；

步骤Step103：在数据采集与计算机系统的磁盘中创建一个新文件B001；令N_S＝N_S表示采样总次数，表示对x向下取整；