引用本文:
李庆,徐少雄,彭真明,等. 空间光通信中低信噪比条件下的光束位置检测[J]. 光通信技术,2020,44(2):6-9.
李 庆1,2,3,4,徐少雄1,3,4,彭真明2,黄永梅1,3,4*
(1.中国科学院 光电技术研究所,成都 610209; 2.电子科技大学 信息与通信工程学院,成都 611731; 3.中国科学院 光束控制重点实验室,成都 610209; 4.中国科学院大学,北京 100049)
【下载PDF全文】 【下载Word】摘要:空间光通信中,需要通信双方检测入射光轴偏差以保证通信链路畅通。但光学天线控制系统使用的信标光经长距离传输后损耗过大,受背景光和暗电流噪声强烈干扰,系统中的四象限探测器(QD)对光斑位置检测精度下降。为解决这一问题,根据QD工作特性和噪声特性,提出了一种基于幅度调制和循环互相关运算的检测方法。该方法在QD输出信噪比(SNR)过低的情况下,可精确测量QD各象限输出的电流幅度,并以此计算出准确的光斑位置。实验结果表明:当QD的输出SNR为﹣14.58 dB时,该方法的绝对误差小于0.012 mm,证明了该方法的有效性。
关键词:空间光通信;光学天线控制系统;四象限探测器;循环互相关
中图分类号:TN914 文献标志码:A 文章编号:1002-5561(2020)02-0006-04
DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2020.02.002
0 引言
自由空间光通信(FSO)兼容了无线通信和光纤通信的优点,得到越来越广泛的应用。这种通信方式通过激光束承载数据,实现点对点传输。通信过程中,需要通信双方互相保持瞄准和跟踪状态以维持通信链路畅通。所以,光学天线控制是FSO系统中的一项关键技术,其主要功能是检测信标光射入角度偏差,以此发布跟踪和指向指令。入射光位置偏差检测的精度很大程度上决定了FSO系统的性能[1]。
四象限探测器(QD)具有分辨率高、响应速度快等优点,广泛应用于高精度的位置测量和跟踪,但受热噪声和背景光噪声影响也较大[2],特别是在空间光通信中,信标光经远距离信道衰减,QD对光斑位置的检测精度受到严重影响。为提高QD检测精度,张辉等人建立了QD检测的误差模型,并分析了引起误差的主要因素[3];Jiabin W等人使用布罗兹曼函数对QD的输出位置曲线进行线性拟合[4],但该方法仅针对QD的非线性性进行修正,在QD输出信噪比较低的情况下无法保证检测精度。针对低信噪比时的光束位置检测问题,WANG Guanghui等人利用方波对光束进行二进制振幅键控调制,并在接收端对探测器输出信号进行累加,以此检测光束位置[5],但该方法对收发双方同步性要求很高。
为抑制背景光和暗电流噪声,增强局部频点上的信噪比,提高光斑位置检测精度,本文根据QD的工作特点,提出一种基于幅度调制和循环互相关算法的光束位置检测方法。
5 结束语
本文针对信标光经长距离传输后损耗过大,且受背景光和暗电流噪声强烈干扰,而使光束位置检测精度下降的问题,提出了一种提高光束位置检测精度的方法。该方法在发射端使用余弦信号对信标光进行幅度调制,并在接收端进行循环互相关运算抑制噪声,增强了局部频点上的信噪比,可在信噪比极低的情况下检测信标光的光束位置。实验中,利用数字信号处理方法建立检测系统,验证了循环互相关方法用于基于QD的光束位置检测的有效性。当QD输出信噪比为-14.58 dB时,本文所介绍的检测方法绝对误差小于0.012 mm。该方法所需数据量少,运算量低,对信号同步性要求不高,特别适用于空间光通信的光束位置实时检测。