适用于频移键控紫外光通信的信号检测方法和装置与流程

本发明属于紫外光通信技术领域，特别是一种针对适用于频移键控紫外光通信的信号检测方法和装置。

背景技术：

无线光通信是利用激光作为通信载波，在自由空间进行信息传输的通信方式，具有高带宽、重量轻、结构紧凑、无频谱分配限制、高安全性、容易部署等优点。其系统一般由光发送机和光接收机两个终端组成，并且要求两个终端实现光学对准，从而完成点对点通信。一般来说，为了保证光信号能够从发送端到达接收端，无线光通信设备需要配备复杂的自动瞄准、捕获和跟踪(pointing,acquisitionandtracking，pat)系统，这不仅需要提供额外供电，而且还大大增加了系统的功耗、成本、体积和重量。

针对无线光通信的这个问题，研究人员提出了紫外光通信。紫外光通信是利用紫外光在大气中的散射效应实现信息传输的一种通信方式，它可以绕过障碍物实现非直视通信，具有位置隐蔽、抗干扰能力强、全天候工作及类似无线电波的非直视工作模式等特点。紫外光通信的局域保密性，可以满足在无线电寂静条件下的一定区域内通信的要求。并且，紫外光通信系统具有小型、轻便、模块化以及开通前无须进行光学对准的优点，可以在一定程度上保障战时通信。

紫外光通信面临的问题之一是其巨大的链路损耗，从而导致其通信范围有限，限制了它的应用。为了拓展通信距离，所以研究人员往往选择出射光功率较大的低压汞灯。低压汞灯是在灯体中充入压强较低的汞蒸气，压强一般在几pa到几十pa之间，功率大约在几瓦到几百瓦不等，其电光转换效率较高，可达70％左右，辐射出的光谱谱线较窄，主要集中在254nm和180nm，位于180nm的紫外光可以通过普通玻璃隔绝过滤。基于低压汞灯的工作特性，研究人员通常选择频移键控(fsk)调制低压汞灯。

低压汞灯到达稳定工作状态需要经过三个过程：即预热、点火、正常工作。一般需要采用电子镇流器完成上述三项过程，其中电子镇流器又分为两个部分：功率驱动芯片和半桥谐振开关电路，半桥谐振开关电路一般用于功率输出端。不过在实际的调制过程中，当不同频率的调制信号加载于低压汞灯时，由于载波频率的不同，电路对外阻抗也随之不同，从而引起驱动电流和光强的变化。因此，fsk调制电路在实现了频移键控调制的同时，由于电路阻抗的不同，其输出信号的大小也在变化，造成事实上的幅度调制，从而引起不同频率信号的大小也有不同。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种适用于频移键控紫外光通信的信号检测方法和装置。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种适用于频移键控紫外光通信的信号检测装置，包括光学接收天线、光检测器及前置放大器、限幅放大器、过零点检测模块、位同步提取模块、第一低通滤波器、乘法器、第二低通滤波器、ad采样模块和信号处理模块；

光学接收天线收集紫外光信号，经光检测器及前置放大器放大，放大后的信号分为两路，一路信号送往限幅放大器再次放大，之后过零点检测模块检测信号过零点次数，过零点次数代表着不同的调制频率，之后将数据送往信号处理模块；光检测器及前置放大器输出的另一路信号先通过第一低通滤波器，之后在乘法器与sin(w1t)相乘，其中w1是fsk调制的一个载波频率，再通过第二低通滤波器，ad采样模块将模拟信号采样成数字信号后，送往信号处理模块，信号处理模块通过合并算法选择信噪比最好的信号作为输出。

一种适用于频移键控紫外光通信的信号检测方法，包括以下步骤：

步骤1，紫外光信号经过光学接收天线被收集后，通过光检测器及前置放大器被转换为电信号，并被放大得到载波频率分别为w1和w2＝2w1的二进制fsk信号，其输出分为两路；

步骤2，一路信号通过第一低通滤波器，将w2频率滤除，之后在乘法器与sin(w1t)相乘，再通过第二低通滤波器，位同步提取模块进行位同步提取；ad采样模块将模拟信号转换成数字信号后，送往信号处理模块；

步骤3，光检测器及前置放大器输出的另一路信号，送往限幅放大器再次放大，之后过零点检测模块检测信号过零点次数；在一个码元周期内检测到的过零点次数是一个随机量，将这个数据送往信号处理模块；

步骤4，信号处理模块收到两路信号，一路是通过频率检测获得的信号，另一路是通过包络解调得到的信号；信号处理模块通过合并算法在两路输入数据中选择信噪比最好的信号作为输出数据的判决依据。

与现有技术相比，本发明的显著优点为：考虑到接收光信号不仅在频率上包含数据信息，其在信号幅度上也包含了数据信息，本发明提出了一种适用于频移键控紫外光通信的信号检测方法和装置，不仅通过频率检测接收信号，同时还利用了信号在不同载波频率时的幅度也不同的这一特点，从而更好地恢复信号，减小了误码率，提高了系统可靠性。

附图说明

图1是光检测器接收到的频移键控紫外光信号示意图。

图2是适用频移键控紫外光通信的信号检测装置示意图。

图3是经过低通滤波器后的信号示意图。

图4是经过低通滤波器后的信号示意图。

具体实施方式

如图2所示，一种适用于频移键控紫外光通信的信号检测装置，包括光学接收天线1、光检测器及前置放大器2、限幅放大器3、过零点检测模块4、位同步提取模块5、第一低通滤波器6、乘法器7、第二低通滤波器8、ad采样模块9和信号处理模块10；

光学接收天线1收集紫外光信号，经光检测器及前置放大器2放大，放大后的信号分为两路，一路信号送往限幅放大器3再次放大，之后过零点检测模块4检测信号过零点次数，过零点次数代表着不同的调制频率，之后将数据送往信号处理模块10；光检测器及前置放大器2输出的另一路信号先通过第一低通滤波器6，之后在乘法器7与sin(w1t)相乘，其中w1是fsk调制的一个载波频率，再通过第二低通滤波器8，ad采样模块9将模拟信号采样成数字信号后，送往信号处理模块10，信号处理模块10通过合并算法选择信噪比最好的信号作为输出。

进一步的，紫外光信号经过光学接收天线1被收集后，通过光检测器及前置放大器2被转换为电信号，并被放大得到载波频率分别为w1和w2＝2w1的二进制fsk信号。

进一步的，一路信号通过第一低通滤波器6，将w2频率滤除。

进一步的，零点检测模块4检测信号过零点次数，其同步时钟由位同步提取模块5提供。

本发明还提供一种基于适用于频移键控紫外光通信的信号检测装置的信号检测方法，包括以下步骤：

步骤1，紫外光信号经过光学接收天线1被收集后，通过光检测器及前置放大器2被转换为电信号，并被放大得到载波频率分别为w1和w2＝2w1的二进制fsk信号，其输出分为两路；

步骤2，一路信号通过第一低通滤波器6，将w2频率滤除，之后在乘法器7与sin(w1t)相乘，再通过第二低通滤波器8，位同步提取模块5进行位同步提取；ad采样模块9将模拟信号转换成数字信号后，送往信号处理模块10；

步骤3，光检测器及前置放大器2输出的另一路信号，经限幅放大器3再次放大，之后过零点检测模块4检测信号过零点次数；在一个码元周期内检测到的过零点次数是一个随机量，将这个数据送往信号处理模块10；

步骤4，信号处理模块10收到两路信号，一路是通过频率检测获得的信号，另一路是通过包络解调得到的信号；信号处理模块10通过合并算法在两路输入数据中选择信噪比最好的信号作为输出数据的判决依据。

进一步的，零点检测模块4检测信号过零点次数，其同步时钟由位同步提取模块5提供。

下面结合实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

一种适用于频移键控紫外光通信的信号检测装置，如图2所示，包括光学接收天线1、光检测器及前置放大器2、限幅放大器3、过零点检测模块4、位同步提取模块5、第一低通滤波器6、乘法器7、第二低通滤波器8、ad采样模块9、信号处理模块10；

光学接收天线1收集紫外光信号，图1所示是光检测器接收到的频移键控紫外光信号。设二进制fsk两个载波频率分别为w1和w2＝2w1。经过前置放大器放大后，输出分为两路。

一路信号首先通过第一低通滤波器6，将w2频率滤除，其输出信号如图3所示，之后在乘法器7与sin(w1t)相乘，再通过第二低通滤波器8，将较高频率分量滤除，只剩下基带数据信号，如图4所示。位同步提取模块5进行位同步提取。ad采样模块9将图4所示模拟信号转换成数字信号后，送往信号处理模块10。

另一路信号送往限幅放大器3再次放大，之后过零点检测模块4检测信号过零点次数。其同步时钟由位同步提取模块5提供。因为过零点次数代表着不同的调制频率，所以这个过程相当于是一个fsk信号的解调。由于噪声的影响，在一个码元周期内检测到的过零点次数是一个随机量，将这个数据送往信号处理模块10。

信号处理模块10收到两路信号，一路是通过频率检测获得的信号，另一路是通过包络解调得到的信号。在信号处理模块10中，通过合并算法在两路输入数据中选择信噪比最好的信号作为输出数据的判决依据，从而提高信号检测的可靠性和系统性能。

本发明的图1、图3、图4横坐标均为时间，单位us，纵坐标为归一化幅度。

通常在紫外光通信的接收端，可以通过频率检测，实现信号的解调和输出。但是考虑到接收光信号不仅在频率上包含数据信息，其在信号幅度上也包含了数据信息，因此，本发明提出了一种适用于频移键控紫外光通信的信号检测方法和装置。在所述的信号检测装置中，不仅通过频率检测接收信号，同时还利用了信号在不同载波频率时的幅度也不同的这一特点，从而更好地恢复信号，减小了误码率，提高了系统可靠性。

实施例2

一种针对频移键控紫外光通信的信号检测方法，步骤如下：

步骤1，紫外光信号经过光学接收天线1被收集后，通过光检测器及前置放大器2被转换为电信号，并被放大得到载波频率分别为w1和w2＝2w1的二进制fsk信号，其输出分为两路。

步骤2，一路信号通过第一低通滤波器6，将w2频率滤除，其输出信号如图3所示，之后在乘法器7与sin(w1t)相乘，其中w1是fsk调制的一个载波频率，再通过第二低通滤波器8，将较高频率分量滤除，只剩下基带数据信号，如图4所示。位同步提取模块5进行位同步提取。ad采样模块9将图4所示模拟信号转换成数字信号后，送往信号处理模块10。

步骤3，光检测器及前置放大器2输出的另一路信号，送往限幅放大器3再次放大，之后过零点检测模块4检测信号过零点次数。其同步时钟由位同步提取模块5提供。因为过零点次数代表着不同的调制频率，所以这个过程相当于是一个fsk信号的解调。由于噪声的影响，在一个码元周期内检测到的过零点次数是一个随机量，将这个数据送往信号处理模块10。

步骤4，信号处理模块10收到两路信号，一路是通过频率检测获得的信号，另一路是通过包络解调得到的信号。在信号处理模块10中，通过合并算法在两路输入数据中选择信噪比最好的信号作为输出数据的判决依据，从而提高信号检测的可靠性和系统性能。