本发明属于无线紫外光通信技术领域，涉及无线紫外光散射信号自适应接收系统，本发明还涉及无线紫外光散射信号自适应的接收方法。
背景技术：
随着通信和网络技术的发展，无线通信技术在军事活动以及人们的生产、生活中扮演着越来越重要的角色。无线紫外光通信作为一种新兴的无线通信手段，其最突出的优点是不易被探测和截收，非常适用于近距离的抗干扰性能要求较高的通信需求，因此在军事通信中受到越来越多的关注。采用紫外LED作为光源具有以下优势：(1)LED整机寿命长且功耗低；(2)抗震及环保；(3)整机体积小可灵活配置；(4)LED低压直流工作，功率可调。但是，由于紫外光LED发射功率低、在大气中传输呈指数型衰减、非直视通信的收发仰角变化、背景光噪声干扰等因素使得接收端接收的信号功率变化较大，导致光电倍增管的输出信号幅度变化大，不利于系统后续电路的处理，于是采用自动增益控制技术来减小这种影响。
自动增益控制技术(Automatic Gain Control,AGC)近年来被广泛应用于无线通信系统的接收机中，其主要作用是通过增益调整使接收机的后续输出保持基本稳定，减少无线通信系统中信号波动对接收机的影响。无线紫外光通信作为无线通信的一种，同样需要该技术对接收信号进行稳幅，从而增强无线紫外光通信系统接收大动态范围信号的能力。因此根据光电倍增管的工作特点和自动增益控制技术的优势，设计了一种无线紫外光散射信号自适应放大接收方法，使得无线紫外光通信系统在复杂环境下也可以稳定工作。
技术实现要素：
本发明的目的是提供无线紫外光散射信号自适应接收系统，解决了紫外光信号波动导致接收系统的输出电信号不稳定的问题。
本发明的另一目的是提供无线紫外光散射信号自适应的接收方法。
本发明所采用的第一种技术方案是，无线紫外光散射信号自适应接收系统，包括依次连接的前置放大电路、低通滤波电路、AGC放大器，AGC放大器与A/D采集电路、MCU数据处理电路形成环形链路，MCU数据处理电路还连接数据显示单元，AGC放大器连接高精度基准电源，前置放大电路为两级放大电路，两级放大电路第一级为反相放大器，第二级为固定增益放大器。
本发明第一种技术方案的特征还在于：
低通滤波电路为二阶有源低通滤波器。
本发明所采用的第二种技术方案是无线紫外光散射信号自适应接收方法，使用无线紫外光散射信号自适应接收系统，具体包括以下步骤：
步骤1、通过光电倍增管将紫外光信号转换成电流信号，将该电流信号输入前置放大电路，前置放大电路将电流信号转换成电压信号，并将电压信号放大；
步骤2、采用低通滤波电路对放大后的电压信号进行滤波处理，随后将电压信号传输至AGC放大器；
步骤3、AGC放大器对电压信号进行设定倍数的放大；
步骤4、通过A/D采集电路将步骤3放大后的电压信号转换成数字信号，随后将数字信号发送至MCU数据处理电路进行数据处理；
步骤5、判断数据处理后的数据是否达到输出要求：
a.数据处理后的数据未达到输出要求，则返回步骤3；
b.数据处理后的数据达到输出要求，则将该数据输出。
步骤1具体过程为：
步骤1.1、光电倍增管把接收到的紫外光信号转变成负电流信号，负电流信号经过反相放大器，把负电流信号转变为正电压信号；
步骤1.2、正电压信号传至第二级固定增益放大器进行同相放大。
步骤2低通滤波电路为二阶有源低通滤波器，二阶有源低通滤波器输出端与放大芯片反相端构成电压跟随器。
二阶有源低通滤波截止频率为10MHz。
步骤3设定倍数的具体情况如下：
A、若AGC放大器未接收到MCU数据处理电路发出增益倍数控制指令，设定倍数为默认值；
B、AGC放大器接收到MCU数据处理电路发出增益倍数控制指令，设定倍数为增益倍数控制指令的设定值。
默认值为1。
步骤5具体过程如下：
步骤5.1、对接收的数字信号进行临时存储、数字滤波，得到纯净的数字信号；
步骤5.2、将纯净的数字信号进行加窗求均值，以该均值作为信号值；
步骤5.3，将信号值与预设范围进行对比，根据对比结果发射出不同的指令。
步骤5.3根据对比结果发射出不同的指令分为以下三种情况：
1)、信号值小于预设范围，发出放大倍数变为默认值2倍的增益倍数控制指令至AGC放大器，执行步骤3；
2)、信号值大于预设范围，发出放大倍数变为默认值1/2倍的增益倍数控制指令至AGC放大器，执行步骤3；
3)、信号值位于预设范围内，则该信号值转换成控制指令，通过AGC放大器将该控制指令输出，信号值转换成控制指令转变格式通过显示单元进行显示。
本发明的有益效果是：
1)本发明以紫外光为信息传输的载体，并基于光电倍增管实现了一种自适应放大接收方法，减小了紫外光动态信号接收时，接收端出现幅值变化较大导致误码率较高的问题，极大的提高了紫外光通信系统接收大动态范围散射信号的能力。提高了紫外光通信系统的灵活性和抗干扰性，使紫外光通信系统更能适应复杂环境下的通信需求。
2)本发明采用的电路是在经过对传统模拟电路的改进和优化后的，性能有了明显提升，且系统设计集成化程度高，设备较小便于携带，且采用低功耗设计，能够保证系统长时间稳定工作。系统控制全部采用数字化编程，响应速度快，可自动调整参数达到最优性能。
3)本发明将无线紫外光通信技术和自动增益控制技术相结合，不仅可以发挥了自动增益控制技术的优势，更多的是提升了无线紫外光通信技术的硬件水平，克服了紫外光覆盖范围小，接收动态范围信号能力弱的缺点，为无线紫外光通信的应用提供了有力的硬件保障。
4)本发明的系统还具有抗干扰能力强、保密性好、非直视通信和全天候通信的效果，可以做到对于移动信号的稳定接收还可以进行接收范围的精准控制，进一步提高无线紫外光通信的保密性能和稳定性，具有广阔的市场前景。
附图说明
图1是本发明无线紫外光散射信号自适应接收系统结构图；
图2是本发明无线紫外光散射信号自适应接收系统前置放大器电路结构图；
图3是本发明无线紫外光散射信号自适应接收系统低通滤波电路结构图；
图4是本发明无线紫外光散射信号自适应接收系统AGC放大器结构图；
图5是本发明无线紫外光散射信号自适应接收系统A/D采集电路结构图；
图6是本发明无线紫外光散射信号自适应接收系统信号传输流程图。
图中，1.前置放大电路，2.低通滤波电路，3.AGC放大器，4.A/D采集电路，5.MCU数据处理电路，6.显示单元，7.高精度基准电源。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明无线紫外光散射信号自适应接收系统，如图1所示，包括依次连接的前置放大电路1、低通滤波电路2、AGC放大器3，AGC放大器3与A/D采集电路4、MCU数据处理电路5形成环形链路，MCU数据处理电路还连接数据显示单元6，AGC放大器4连接高精度基准电源7，前置放大电路1为两级放大电路，两级放大电路第一级为反相放大器，第二级为固定增益放大器，低通滤波电路2为二阶有源低通滤波器。
如图2所示，本发明的前置放大电路1为两级放大电路，两级放大电路第一级为反相放大器，第二级为固定增益放大器，能够将负的电流信号转变为正电压信号，并将该电压信号进行同相放大，且反相放大器具有很强的抗干扰能力，为降低噪声采用金属膜电阻，在电阻R1上并联一个电容进行相位补偿，消除反相放大器的震荡问题。
如图3所示，低通滤波电路2截止频率为10MHz，能够将频率超过10MHz的信号包括噪声全部滤除，信号进入二阶有源低通滤波器，输出与放大芯片反相端构成电压跟随器，作为前后级的缓冲和隔离作用。
如图4所示，AGC放大器3能够根据MCU数据处理电路5调整增益倍数。
如图5所示，A/D采集电路4最初接收到的电压信号为模拟信号，随后将该模拟信号转换成数字信号。
如图6所示，MCU数据处理电路5能够对接收的数字信号进行临时存储、简单的数字滤波、加窗求均值以及与预设范围的对比。
本发明无线紫外光散射信号自适应接收方法，使用无线紫外光散射信号自适应接收系统，该系统包括依次连接的前置放大电路1、低通滤波电路2、AGC放大器3，AGC放大器3与A/D采集电路4、MCU数据处理电路5形成环形链路，MCU数据处理电路还连接数据显示单元6，AGC放大器4连接高精度基准电源7，前置放大电路1为两级放大电路，两级放大电路第一级为反相放大器，第二级为固定增益放大器，低通滤波电路2为二阶有源低通滤波器。
具体包括以下步骤：
步骤1、通过光电倍增管将紫外光信号转换成电流信号，将该电流信号输入前置放大电路1，前置放大电路1将电流信号转换成电压信号，并将电压信号放大；
其中，光电倍增管把接收到的紫外光信号转变成负电流信号，负电流信号经过反相放大器，把负电流信号转变为正电压信号，正电压信号传至第二级固定增益放大器进行同相放大。
步骤2、采用低通滤波电路2对放大后的电压信号进行滤波处理，能够滤除10MHz以上的电波，随后将滤波后的电压信号传输至AGC放大器3；
其中，低通滤波电路2为二阶有源低通滤波器，二阶有源低通滤波器输出端与放大芯片反相端构成电压跟随器。
步骤3、AGC放大器3对电压信号进行设定倍数的放大，设定倍数具体情况如下：
A、若AGC放大器3未接收到MCU数据处理电路5发出增益倍数控制指令，设定倍数为1；
B、AGC放大器3接收到MCU数据处理电路5发出增益倍数控制指令，设定倍数为增益倍数控制指令的设定值。
步骤4、通过A/D采集电路4将步骤3放大后的电压信号转换成数字信号，随后将数字信号发送至MCU数据处理电路5进行数据处理。
步骤5、判断数据处理后的数据是否达到输出要求：
a.数据处理后的数据未达到输出要求，则返回步骤3；
b.数据处理后的数据达到输出要求，则将该数据输出。
具体过程如下：
步骤5.1、对接收的数字信号进行临时存储、数字滤波，得到纯净的数字信号；
步骤5.2、将纯净的数字信号进行加窗求均值，以该均值作为信号值；
步骤5.3，将信号值与预设范围进行对比，根据对比结果发射出不同的指令；
根据对比结果发射出不同的指令分为以下三种情况：
1)、信号值小于预设范围，发出放大倍数变为默认值2倍的增益倍数控制指令至AGC放大器3，执行步骤3；
2)、信号值大于预设范围，发出放大倍数变为默认值1/2倍的增益倍数控制指令至AGC放大器3，执行步骤3；
3)、信号值位于预设范围内，则该信号值转换成控制指令，通过AGC放大器3将该控制指令输出，所述信号值转换成控制指令转变格式通过显示单元6进行显示。
实施例
采用本发明无线紫外光散射信号自适应接收系统，接收系统如图1所示，接收时采用非直视通信方式，通信距离100m，紫外光源选用中心波长为255nm的LED发光管，调制方式采用OOK调制，接收光电转换器选用滨松R754型光电倍增管，接收系统输出的阈值设定为3V，前置放大器1的增益设定为100倍，AGC放大器3输出端连接PGA放大器。
光电倍增管输出的微弱电流信号，在前置放大器1进行电流电压转换和放大处理，光电倍增管把接收到的紫外光信号转变成负电流-0.01mA，前置放大器1作为一个两级放大器，第一级为反相放大器，把-0.01mA的负电压信号转变为正电压信号，且反相放大器具有很强的抗干扰能力，为降低噪声采用金属膜电阻，在电阻R1上并联一个电容进行相位补偿，消除反相放大器的震荡问题，第二级放大为同相放大器，对电信号进行固定增益的放大，运放芯片的供电采用高稳定性双电源供电。
对放大后的电压信号进行低通滤波处理，滤波电路的截止频率为10MHz，对于频率超过10MHz的信号包括噪声全部滤除，信号进入二阶有源低通滤波器，输出与放大芯片反相端构成电压跟随器，作为前后级的缓冲和隔离作用。
滤波后的电压信号进行自动增益放大，最初的放大倍数默认为1，并将该电压信号转至A/D采集电路，将模拟的电压信号转换为数字信号；随后将数字信号通过SPI通信方式发送至MCU数据处理电路5。
MCU数据处理电路5对接收的数字信号进行临时存储、数字滤波、加窗求均值，判断该均值与预设范围的大小，如果均值未达到输出要求，则跳转到步骤3重新设定放大倍数；如果均值达到输出要求，转变为PGA的控制指令，并通过AGC放大器3传递给PGA放大器。
PGA的控制指令转变格式在显示模块显示。
通过上述方式，本发明无线紫外光散射信号自适应接收系统以紫外光为信息传输的载体，并基于光电倍增管实现了一种自适应放大接收方法，减小了紫外光动态信号接收时，接收端出现幅值变化较大导致误码率较高的问题，极大的提高了紫外光通信系统接收大动态范围散射信号的能力。提高了紫外光通信系统的灵活性和抗干扰性，使紫外光通信系统更能适应复杂环境下的通信需求；采用的电路是在经过对传统模拟电路的改进和优化后的，性能有了明显提升，且系统设计集成化程度高，设备较小便于携带，且采用低功耗设计，能够保证系统长时间稳定工作。系统控制全部采用数字化编程，响应速度快，可自动调整参数达到最优性能；将无线紫外光通信技术和自动增益控制技术相结合，不仅可以发挥了自动增益控制技术的优势，更多的是提升了无线紫外光通信技术的硬件水平，克服了紫外光覆盖范围小，接收动态范围信号能力弱的缺点，为无线紫外光通信的应用提供了有力的硬件保障；本发明的系统还具有抗干扰能力强、保密性好、非直视通信和全天候通信的效果，可以做到对于移动信号的稳定接收还可以进行接收范围的精准控制，进一步提高无线紫外光通信的保密性能和稳定性，具有广阔的市场前景。