综合信道因素影响的激光偏振态变化模型及其建立方法

本发明涉及自由空间偏振光通信领域，具体涉及一种综合信道因素影响的激光偏振态变化模型。

背景技术：

1、偏振光通信是指以光的偏振态为信息载体的通信技术。当偏振光在自由空间中传播时，光的偏振态会受到一系列信道因素的影响而产生退偏效应，进一步会导致偏振光通信中的性能下降。因此，研究自由空间信道特性对光偏振态的影响是偏振光通信和量子通信中重要的一环。

2、目前，建立吸收、散射模型，并通过蒙特卡罗方法来模拟光在介质中的散射情况是研究光偏振态受散射、衰减效应影响的主流方法。而在湍流方面，学者们从随机电磁光束的偏振-相干统一理论出发，研究部分相干偏振光在kolmogorov(柯尔莫哥洛夫)、von-kolmogorov(非-柯尔莫哥洛夫)等湍流模型下偏振态的变化；或者通过物理意义更直观的湍涡球泡模型讨论光束偏振态的变化。

3、综上，以往研究都是基于吸收、散射、湍流等单一信道因素模型来开展偏振光传输特性仿真及实验测试，但自由空间是一个存在吸收、散射效应、湍流效应以及背景光等的综合环境，因此，目前偏振光传输信道模型与实际环境存在差异，应用中受到限制。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明提供一种综合信道因素影响的激光偏振态变化模型及其建立方法。此模型综合考量了传输距离、湍流强度、散射、背景光等环境因素，模型贴近实际信道环境，有实测数据进行验证，能对偏振光经过信道传输后的退偏程度提供可靠预测。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

3、一种综合信道因素影响的激光偏振态变化模型，所述模型为：

4、spartial＝scomplete·e-α·d+f(s0)               (1)

5、

6、式(1)中，spartial表示受到信道因素影响后的stokes矢量，scomplete表示信源发出的完全偏振光的stokes矢量，f(s0)项则表征信道因素引起的退偏；e表示自然常数，α为大气散射参数，d为激光传输距离；

7、式(2)中，s0＝[1,0,0,0]t，t表示矩阵转置符号，ibackground表示背景光功率，为湍流强弱表征参数；其中b、c、b和c为模型待估参数，b表示背景光功率的影响权重，c表示湍流强弱的影响权重，b+c＝1；b、c表示经验参数。

8、所述综合信道因素影响的激光偏振态变化模型的建立方法，包括如下步骤：

9、步骤1：测量激光偏振态在不同传输距离、湍流强弱以及背景光功率下的变化数据，同时将传输距离、湍流强弱以及背景光功率作为环境参数进行数据记录，将偏振态变化数据与环境数据作为构建预测偏振态变化模型的原始数据；

10、步骤2：分析激光偏振态变化及信道特性，确定主要影响因素，建立预测偏振态变化的初始模型：

11、spartial＝scomplete·e-α·d+f(s0)               (1)

12、

13、式(1)中，spartial表示受到信道因素影响后的stokes矢量，scomplete表示信源发出的完全偏振光的stokes矢量，f(s0)项则表征信道因素引起的退偏；e表示自然常数，α为大气散射参数，d为激光传输距离；

14、式(2)中，s0＝[1,0,0,0]t，t表示矩阵转置符号，ibackground表示背景光功率，为湍流强弱表征参数；其中b、c、b和c为模型待估参数，b表示背景光功率的影响权重，c表示湍流强弱的影响权重，b+c＝1；b、c表示经验参数；

15、步骤3：将步骤1测得的传输距离、湍流强弱以及背景光功率这些环境参数数据代入步骤2的模型式(1)、(2)中，并与步骤1中对应条件下测得的激光偏振态变化数据进行拟合，确定式(2)中待估参数b、c、b和c的值。

16、本发明的优点或有益效果：

17、(1)综合大气信道特性建立数学模型更贴近实际；

18、(2)建立模型简便直观，更容易确认信道影响因素；

19、(3)有完整的实验与理论支撑，能保证偏振态变化预测结果的可靠性。

20、本发明模型可以预测由信道因素导致的偏振光偏振态变化，从而提高偏振光在信道中偏振态的稳定性，降低偏振光通信的误码率，并且可用于偏振光通信系统中。

技术特征：

1.一种综合信道因素影响的激光偏振态变化模型，其特征在于，所述模型为：

2.权利要求1所述的综合信道因素影响的激光偏振态变化模型的建立方法，其特征在于，包括如下步骤：

技术总结
本发明公开了一种综合信道因素影响的激光偏振态变化模型及其建立方法，所述建立方法包括如下步骤：分析激光偏振态传输信道特性及影响偏振态变化的信道因素，并将实验测量数据作为构建预测偏振态变化反演模型的原始数据，其中通过实验测得的数据包含有偏振态变化、接收背景光功率、温度、压强、湍流强弱表征参数C<subgt;n</subgt;<supgt;2</supgt;；通过实验结果确定影响偏振态变化的主要信道因素，并建立初始预测模型；拟合预测模型与测量偏振数据，确定待估参数值，建立最终偏振态变化预测模型。本发明综合考量了大气信道中不同因素对光偏振态变化的影响，使得偏振态变化模型更贴近真实物理环境，保证偏振态变化预测结果的可靠性。

技术研发人员：敖珺,潘宜航,马春波
受保护的技术使用者：桂林电子科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/17