一种大气激光通信系统中多孔径接收性能数值仿真方法

本发明涉及大气激光通信，具体为一种大气激光通信系统中多孔径接收性能数值仿真方法。

背景技术：

1、随着无线激光通信的不断发展，对激光通信传输的要求越来越高，受到大气湍流的影响，光束在传输时会发生光束漂移、扩散、闪烁等现象，而针对光束闪烁这一问题，多孔径接收技术可以有效改善。针对多孔径技术的研究大多为实物实验，对于多孔径技术的研究仿真模拟的方法较为缺乏，有待研究补充。

2、多孔径技术研究的实物实验一般分为两种，其一为采用多个光纤耦合器和相位调制器来模拟大气激光湍流下的多孔径接收。其二为采用相机通过两个传感器计算像素来模拟多孔径接收。两种通过实物实验来模拟多孔径接收的方法都不能很好的模拟在大气激光通信条件下，大气湍流对多孔径接收的影响，且实物实验的成本较高，计算复杂，实验时间较慢，需要人力物力较大。当接收孔径间距、大小、个数变换时，不能灵活的改变实验条件，一般实物实验对于接收孔径间距、大小及个数的选择是有限制的，不能随意更改设置，灵活性和全面性较差。

技术实现思路

1、(一)解决的技术问题

2、针对现有技术的不足，本发明提供了一种大气激光通信系统中多孔径接收性能数值仿真方法，解决了实物实验不能准确的模拟在大气激光通信的背景条件下的多孔径接收技术；解决了实物实验模拟多孔径接收技术的费时、费力、费财的问题；本发明同时改善了实物实验选取多孔径间距、大小及个数的不灵活性、不全面性等问题，且本发明弥补了多孔径接收技术研究在仿真模拟部分的缺乏，为多孔径接收技术的进一步发展提供了先验条件。

3、(二)技术方案

4、本发明为了实现上述目的具体采用以下技术方案：

5、一种大气激光通信系统中多孔径接收性能数值仿真方法，包括光源多孔径接收数值仿真方法和图像多孔径接收数值仿真方法，

6、光源多孔径接收数值仿真方法包括以下步骤：

7、步骤s110：设置接收子孔径间距d、直径d、个数n；

8、步骤s120：求该参数设置下的接收孔径等效单孔径直径dth；

9、步骤s130:根据等效直径dth求高斯光源表达式；

10、步骤s140:根据设置参数求大气激光通信仿真模拟相位屏ph；

11、步骤s150:通过分步传播法将光源通过相位屏；

12、步骤s160:在接收光斑上截取设置的n个圆；

13、步骤s170:将截取的n个圆画在同一平面上。

14、图像多孔径接收数值仿真方法包括以下步骤：

15、步骤s210：设置接收子孔径间距d、直径d、个数n；

16、步骤s220：求改参数设置下的等效单孔径接收直径dth；

17、步骤s230:据设置参数求大气激光通信仿真模拟相位屏ph；

18、步骤s240:求多孔径接收点扩散函数psf；

19、步骤s250:求出瞳函数p(x,y)；

20、步骤s260：获得多孔径接收图像。

21、进一步地，所述光源多孔径接收数值仿真中计算多孔径接收等效的单孔径直径大小；

22、将所述的等效单孔径直径大小作为条件，生成点光源；

23、将光源通过功率谱反演法和zernike倾斜共同作用的相位屏；

24、将所述通过相位屏的点光源按照多孔径接收的孔径摆放位置画圆截取模拟多孔径接收。

25、进一步地，将通过相位屏的点光源按照多孔径接收的孔径摆放位置画圆截取模拟多孔径接收的方法，

26、光源通过相位屏后，在生成的光斑上绘制并截取n个圆以模拟多孔径接收，n为接收孔径个数；

27、确定n个接收孔径的中心坐标，分别以接收孔径直径d和n个接收孔径的中心坐标画出并截取n个圆；

28、将截取的n个圆按照每个圆的圆心位置画在同一界面上，以模拟多孔径接收光斑的变化情况。

29、进一步地，计算多孔径接收等效的单孔径直径大小；

30、将等效单孔径直径大小作为条件，生成相位屏的倾斜部分；

31、生成功率谱反演法和zernike倾斜共同作用的相位屏；

32、将所述相位屏作用于多孔径接收生成点扩散函数应用于原始图像以模拟多孔径接收图像。

33、进一步地，将相位屏作用于多孔径接收生成点扩散函数应用于原始图像以模拟在大气湍流下图像的多孔径接收的方法，

34、采用率谱反演法和zernike倾斜共同作用生成相位屏ph模拟大气湍流；

35、将生成的相位屏作用于在无湍流影响下的多孔径接收点扩散函数生成在大气湍流影响下多孔径接收点扩散函数；

36、将所述点扩散函数应用于原始图像以模拟在大气湍流下图像的多孔径接收。

37、进一步地，多孔径接收等效的单孔径直径大小的等效方法，

38、求多孔径接收的外接正方形面积；

39、求多孔径接收的接收孔径总面积；

40、根据多孔径接收的外接正方形面积和多孔径接收的接收孔径总面积求多孔径接收的填充因子；

41、根据多孔径接收的填充因子求多孔径接收等效的单孔径接收直径。

42、进一步地，功率谱反演法和zernike倾斜共同作用的相位屏的生成方法，

43、将相位屏的模糊部分和倾斜部分分开绘制；

44、zernike的2、3阶负责倾斜部分；

45、功率谱反演法生成的相位屏负责模糊部分；

46、将倾斜部分作用于模糊部分生成功率谱反演法和zernike倾斜共同作用的相位屏。

47、(三)有益效果

48、与现有技术相比，本发明提供了一种大气激光通信系统中多孔径接收性能数值仿真方法，具备以下有益效果：

49、本发明，通过仿真模拟大气激光通信系统中多孔径接收的光源传输与图像传输，可以更好的研究多孔径接收技术对无线激光通信传输性能的改善程度，从而更好的服务于激光通信，提升无线激光通信的传输质量。为无线激光通信更准确的传输信息提供了研究基础，为航空航天、卫星通信等领域的蓬勃发展提供了先验条件。

技术特征：

1.一种大气激光通信系统中多孔径接收性能数值仿真方法，包括光源多孔径接收数值仿真方法和图像多孔径接收数值仿真方法，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的一种大气激光通信系统中多孔径接收性能数值仿真方法，其特征在于：所述光源多孔径接收数值仿真中计算多孔径接收等效的单孔径直径大小；

3.根据权利要求2所述的一种大气激光通信系统中多孔径接收性能数值仿真方法，其特征在于：将通过相位屏的点光源按照多孔径接收的孔径摆放位置画圆截取模拟多孔径接收的方法，

4.根据权利要求1所述的一种大气激光通信系统中多孔径接收性能数值仿真方法，其特征在于：

5.根据权利要求4所述的一种大气激光通信系统中多孔径接收性能数值仿真方法，其特征在于：将相位屏作用于多孔径接收生成点扩散函数应用于原始图像以模拟在大气湍流下图像的多孔径接收的方法，

6.根据权利要求5所述的一种大气激光通信系统中多孔径接收性能数值仿真方法，其特征在于：多孔径接收等效的单孔径直径大小的等效方法，

7.根据权利要求6所述的一种大气激光通信系统中多孔径接收性能数值仿真方法，其特征在于：功率谱反演法和zernike倾斜共同作用的相位屏的生成方法，

技术总结
本发明属于大气激光通信技术领域，尤其为一种大气激光通信系统中多孔径接收性能数值仿真方法，包括光源多孔径接收数值仿真方法和图像多孔径接收数值仿真方法，光源多孔径接收数值仿真方法包括以下步骤。本发明通过仿真模拟大气激光通信系统中多孔径接收的光源传输与图像传输，可以更好的研究多孔径接收技术对无线激光通信传输性能的改善程度，从而更好的服务于激光通信，提升无线激光通信的传输质量。为无线激光通信更准确的传输信息提供了研究基础，为航空航天、卫星通信等领域的蓬勃发展提供了先验条件。

技术研发人员：刘智,杨亚欣,姚海峰,刘树通,蒋青芳,赵建彤,田少乾,臧景峰
受保护的技术使用者：长春理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15