CN111510223B - 一种平面判决向偏振态跟踪方法及装置 - Google Patents

一种平面判决向偏振态跟踪方法及装置 Download PDF

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CN111510223B CN202010336922.5A CN202010336922A CN111510223B CN 111510223 B CN111510223 B CN 111510223B CN 202010336922 A CN202010336922 A CN 202010336922A CN 111510223 B CN111510223 B CN 111510223B
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Abstract

本发明公开了一种平面判决向偏振态跟踪方法及装置，属于相干光通信技术领域，方法具体为：(1)将解偏矩阵右乘接收信号矩阵，获取输出信号；(2)将输出信号变换为斯托克斯矢量；(3)根据s0(n)及s1(n)确定输出信号点所在平面s1r(n)后，再利用s1(n)及s1r(n)计算第一误差；(4)根据s0(n)及s1r(n)判断输出信号是否满足筛选条件；(5)在s1r(n)上寻找与(s2(n)，s3(n))几何距离最近的理想信号点位置(s2r(n)，s3r(n))，并计算第二误差；(6)利用第一误差和第二误差更新解偏矩阵A(n)，且令n＝n+1；转至步骤(2)，直至无接收信号停止跟踪。本发明提供的跟踪方法适用于高阶调制格式、不受频偏影响、对相位噪声更耐受，由此解决雷电环境下因偏振态旋转导致偏振态跟踪困难的技术问题。

Description

一种平面判决向偏振态跟踪方法及装置
技术领域
本发明属于相干光通信技术领域，更具体地，涉及一种平面判决向偏振态跟踪方法及装置。
背景技术
随着时代的发展，各种新兴的互联网相关业务层出不穷，这也对通信系统传输速度的要求越来越高。偏振复用技术(Polarization Multiplexing，PM)，利用光在单模光纤中传输的偏振特性，将传输波长相等的两个独立且相互正交的偏振态作为独立信道分别传输两路信号，成倍提高系统容量，增加频谱利用率。
但偏振复用技术必须面临各种偏振损伤的困难。尤其是在恶劣的天气环境下，雷电产生的强电流感应出的强磁场所引起的法拉第效应会造成光的快速偏振态旋转，对接收端偏振态跟踪算法的追踪性能是一个严峻的挑战。
传统算法中最常用的是恒模(Constant Modulus Algorithm，CMA)算法，只适合低阶调制格式，基于CMA改进的针对高阶调制格式的多模算法(Multi-Modulus Algorithm，MMA)的收敛速度过慢无法追踪上述的快速偏振态变化，且在频率偏移或者相位噪声较大时，算法的性能大幅下降，因此，需要一种针对高阶调制格式、收敛速度快、对频率偏移及相位噪声更耐受的算法以追踪雷电环境下的快速偏振态旋转。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种平面判决向偏振态跟踪方法及装置，通过将第一误差和第二误差放入斯托克斯空间进行考量，并通过平面判决和信号筛选简化处理过程，使得跟踪方法适用于高阶调制格式、不受频偏影响、对相位噪声更耐受，由此解决雷电环境下因偏振态旋转导致偏振态跟踪困难的技术问题。
为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种平面判决向偏振态跟踪方法，包括：
(1)将解偏矩阵A(n)右乘接收信号矩阵
Figure BDA0002466614430000021
获取输出信号
Figure BDA0002466614430000022
Figure BDA0002466614430000023
其中，n表示当前处理的接收信号编号；exin(n)，eyin(n)为具有正交偏振态的两路接收信号；
(2)将输出信号
Figure BDA0002466614430000024
变换到斯托克斯空间得到输出信号对应的斯托克斯矢量S(n)＝[s0(n)s1(n)s2(n)s3(n)]；其中，s0(n)表示输出信号总功率的0.5倍；s1(n)表示0°线偏振光分量；s2(n)表示45°线偏振光分量；s3(n)表示圆偏振光分量；
(3)根据输出信号总功率的0.5倍s0(n)及0°线偏振光分量s1(n)判断输出信号点所在平面s1r(n)；
(4)根据0°线偏振光分量s1(n)以及输出信号点所在平面s1r(n)计算第一误差ε1(n)；
(5)根据s0(n)以及输出信号点所在平面s1r(n)判断输出信号是否满足筛选条件；若满足筛选条件，则转至步骤(6)；否则，转至步骤(8)；其中，筛选条件用于判断输出信号是否为功率最大的组合，或功率最小的组合，或功率最大与功率最小的组合；
(6)在输出信号点所在平面s1r(n)上寻找与(s2(n)，s3(n))几何距离最近的理想信号点位置(s2r(n)，s3r(n))；
(7)根据s2(n)、s3(n)、s2r(n)及s3r(n)计算第二误差ε2(n)，转至步骤(9)；
(8)利用第一误差ε1(n)更新解偏矩阵A(n)，且令n＝n+1；转至步骤(2)，直至无接收信号停止跟踪；
(9)利用第一误差ε1(n)和第二误差ε2(n)更新解偏矩阵A(n)，且令n＝n+1；转至步骤(2)，直至无接收信号停止跟踪；
优选地，步骤(3)具体为：
根据接收信号的调制方式，获取s0r(n)和s1r(n)可能的取值；
以s0r(n)相邻可能取值的均值作为判决阈值，比较输出信号总功率的0.5倍s0(n)与判决阈值间的大小，并利用0°线偏振光分量s1(n)的值，确定输出信号点所在平面s1r(n)；其中，s0r(n)为两路理想信号总功率的0.5倍。
优选地，解偏矩阵A(n)为：
Figure BDA0002466614430000031
其中，λ(n)、θ(n)分别代表接收信号矩阵中两正交偏振态对应的相位角参数；γ(n)为接收信号矩阵对应的偏振态仰角参数；
优选地，斯托克斯矢量S(n)为：
Figure BDA0002466614430000032
优选地，第一误差为：ε1(n)＝(s1(n)-s1r(n))2；
第二误差为：ε2(n)＝(s2(n)-s2r(n))2+(s3(n)-s3r(n))2；
优选地，利用第一误差ε1(n)更新解偏矩阵A(n)中偏振态仰角参数γ(n)的方法为：
Figure BDA0002466614430000033
其中，μ1为解偏矩阵A(n)中偏振态仰角参数对应的学习步长；
优选地，利用第一误差ε1(n)和第二误差ε2(n)更新解偏矩阵A(n)的方法为：
Figure BDA0002466614430000041
其中，μ1、μ2、μ3分别为解偏矩阵A(n)三个参数γ、θ、λ学习步长。
基于上述平面判决向偏振态跟踪方法，本发明提出了一种平面判决向偏振态跟踪装置，包括：解偏矩阵处理模块、信号接收模块、信号输出模块、斯托克斯转换模块、第一误差计算模块、筛选模块和第二误差计算模块；
解偏矩阵处理模块用于初始化和更新解偏矩阵A(n)，并将解偏矩阵右乘接收信号矩阵
Figure BDA0002466614430000042
信号接收模块用于采集接收信号
Figure BDA0002466614430000043
信号输出模块用于输出输出信号
Figure BDA0002466614430000044
斯托克斯转换模块用于将输出信号变换到斯托克斯空间得到输出信号对应的斯托克斯矢量S(n)＝[s0(n)s1(n)s2(n)s3(n)]；其中，s0(n)表示输出信号总功率的0.5；s1(n)表示0°线偏振光分量；s2(n)表示45°线偏振光分量；s3(n)表示圆偏振光分量；
第一误差计算模块用于根据s0(n)及s1(n)确定输出信号点所在平面s1r(n)后，再利用s1(n)及s1r(n)计算第一误差ε1(n)；
筛选模块用于根据s0(n)及s1r(n)判断输出信号是否为功率最大的组合，或功率最小的组合，或功率最大与功率最小的组合；
第二误差计算模块用于在s1r(n)上寻找与(s2(n)，s3(n))几何距离最近的理想信号点位置(s2r(n)，s3r(n))；并根据s2(n)、s3(n)、s2r(n)及s3r(n)计算第二误差ε2(n)；
更新解偏矩阵包括：利用第一误差ε1(n)更新解偏矩阵A(n)，或利用第一误差ε1(n)和第二误差ε2(n)更新解偏矩阵A(n)。
优选地，解偏矩阵为：
Figure BDA0002466614430000051
其中，λ(n)、θ(n)分别代表接收信号矩阵中两正交偏振态对应的相位角参数；γ(n)为接收信号矩阵对应的偏振态仰角参数。
优选地，根据s0(n)及s1(n)确定输出信号点所在平面s1r(n)的方法为：
根据接收信号的调制方式，获取理想信号总功率的0.5倍s0r(n)和输出信号点所在平面s1r(n)可能的取值；
以s0r(n)相邻可能取值的均值作为判决阈值，比较输出信号总功率的0.5倍s0(n)与判决阈值间的大小，并利用0°线偏振光分量s1(n)的值，确定输出信号点所在平面s1r(n)。
优选地，利用第一误差ε1(n)更新解偏矩阵A(n)中偏振态仰角参数γ(n)的方法为：
Figure BDA0002466614430000052
优选地，利用第一误差ε1(n)和第二误差ε2(n)更新解偏矩阵A(n)的方法为：
Figure BDA0002466614430000061
其中，μ1、μ2、μ3分别为解偏矩阵A(n)三个参数γ、θ、λ学习步长。
优选地，第一误差为：ε1(n)＝(s1(n)-s1r(n))2；第二误差为：ε2(n)＝(s2(n)-s2r(n))2+(s3(n)-s3r(n))2。
优选地，斯托克斯矢量S(n)为：
Figure BDA0002466614430000062
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
本发明通过将第一误差和第二误差放入斯托克斯空间进行考量，并通过平面判决和信号筛选简化处理过程，使得跟踪方法适用于高阶调制格式、不受频偏影响、对相位噪声更耐受，由此解决雷电环境下因偏振态旋转导致偏振态跟踪困难的技术问题。
附图说明
图1是本发明实施例提供的基于斯托克斯空间的平面判决向偏振态跟踪方法的流程图；
图2是本发明实施例提供的16QAM示意图；
图3(a)是本发明实施例提供的斯托克斯空间中理想信号点分布的平面正视图；
图3(b)是本发明实施例提供的斯托克斯空间中理想信号点分布的平面侧视图；
图4(a)是本发明实施例提供的模值为R1及R3的输出信号在斯托克斯空间分布的平面正视图；
图4(b)是本发明实施例提供的模值为R1及R3的输出信号在斯托克斯空间分布的平面侧视图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明的核心原理为：采用符合信道特征的解偏矩阵A(n)与接收信号相乘，获取输出信号；将输出信号转换成斯托克斯矢量，其中斯托克斯矢量中各分量与理论中各分量存在一定的误差，因此，根据接收信号的调制方式，可计算理想信号对应的s0r(n)、s1r(n)、s2r(n)、s3r(n)可能的取值，实际方法中逐步确定s1r(n)、s2r(n)、s3r(n)的值，并计算实际输出信号与理想信号之间的误差，不断更新解偏矩阵A(n)，最后采用更新后的解偏矩阵去跟踪接收信号的偏振态。具体地，首先根据输出信号总功率的0.5倍s0(n)及0°线偏振光分量s1(n)确定输出信号点所在平面s1r(n)；然后，根据0°线偏振光分量s1(n)以及输出信号点所在平面s1r(n)计算第一误差ε1(n)；其次，采用平面判决方法简化处理过程，在满足筛选条件的基础上确定理想信号点位置(s2r(n)，s3r(n))，进而计算第二误差，采用第二误差以及第一误差更新解偏矩阵A(n)，从而使得跟踪方法适用于高阶调制格式、不受频偏影响，对相位噪声更耐受，实现雷电环境下的偏振态跟踪。
本发明提供了一种平面判决向偏振态跟踪方法，包括：
(1)将解偏矩阵A(n)右乘接收信号矩阵
Figure BDA0002466614430000081
获取输出信号
Figure BDA0002466614430000082
其中，n表示当前处理的接收信号编号；exin(n)，eyin(n)为具有正交偏振态的两路接收信号；
(2)将输出信号
Figure BDA0002466614430000083
变换到斯托克斯空间得到输出信号对应的斯托克斯矢量S(n)＝[s0(n)s1(n)s2(n)s3(n)]；其中，s0(n)表示输出信号总功率的0.5倍；s1(n)表示0°线偏振光分量；s2(n)表示45°线偏振光分量；s3(n)表示圆偏振光分量；
(3)根据输出信号总功率的0.5倍s0(n)及0°线偏振光分量s1(n)判断输出信号点所在平面s1r(n)；具体地如下：
根据接收信号的调制格式，获取s0r(n)和s1r(n)可能的取值；
以s0r(n)相邻可能取值的均值作为判决阈值，比较输出信号总功率的0.5倍s0(n)与判决阈值间的大小，并利用0°线偏振光分量s1(n)的值，确定输出信号点所在平面s1r(n)；其中，s0r(n)为理想信号总功率的0.5倍；
(4)根据0°线偏振光分量s1(n)以及输出信号点所在平面s1r(n)计算第一误差ε1(n)；
(5)根据输出信号总功率的0.5倍s0(n)以及输出信号点所在平面s1r(n)判断输出信号是否满足筛选条件；若满足筛选条件，则转至步骤(6)；否则，转至步骤(8)；其中，筛选条件用于判断输出信号是否为功率最大的组合，或功率最小的组合，或功率最大与功率最小的组合；
具体为：
(5.1)根据接收信号的调制格式，获取单路理想信号功率的可能取值集合；
(5.2)将单路理想信号功率的可能取值按从小到大排列为{Pmin,...,Pmax}；其中，Pmin为单路信号最小功率，Pmax为单路信号最大功率；
(5.3)根据两路理想信号总功率，计算s0r(n)可能的取值集合，并将其按从小到大排列为{V1,V2,...,Vt-1,Vt,Vt+1,...,Vm-1,Vm}；
其中，m为s0r(n)可能的取值个数；t为s0r(n)取值为0.5(Pmax+Pmin)时对应的下标；
(5.4)若s0(n)＜0.5(V1+V2)，则满足筛选条件；
若0.5(V1+V2)＜s0(n)＜0.5(Vt-1+Vt)，则不满足筛选条件；
若0.5(Vt-1+Vt)＜s0(n)＜0.5(Vt+Vt+1)，且s1r(n)的绝对值等于0.5(Pmax+Pmin)，则满足筛选条件；
若0.5(Vt+Vt+1)＜s0(n)＜0.5(Vm-1+Vm)，则不满足筛选条件；
若s0(n)>0.5(Vm-1+Vm)，则满足筛选条件；
(6)在输出信号点所在平面s1r(n)上寻找与(s2(n)，s3(n))几何距离最近的理想信号点位置(s2r(n)，s3r(n))；
(7)根据s2(n)、s3(n)、s2r(n)及s3r(n)计算第二误差ε2(n)，转至步骤(9)；
(8)利用第一误差ε1(n)更新解偏矩阵A(n)，且令n＝n+1；转至步骤(2)，直至无接收信号停止跟踪；
(9)利用第一误差ε1(n)和第二误差ε2(n)更新解偏矩阵A(n)，且令n＝n+1；转至步骤(2)，直至无接收信号停止跟踪；
优选地，解偏矩阵A(n)为：
Figure BDA0002466614430000091
其中，λ(n)、θ(n)分别代表接收信号矩阵中两正交偏振态对应的相位角参数；γ(n)为接收信号矩阵对应的偏振态仰角参数；
优选地，斯托克斯矢量S(n)为：
Figure BDA0002466614430000101
优选地，第一误差为：ε1(n)＝(s1(n)-s1r(n))2；
优选地，第二误差为：ε2(n)＝(s2(n)-s2r(n))2+(s3(n)-s3r(n))2；
优选地，利用第一误差ε1(n)更新解偏矩阵A(n)中偏振态仰角参数γ(n)的方法为：
Figure BDA0002466614430000102
其中，μ1为解偏矩阵A(n)中偏振态仰角参数对应的学习步长；
优选地，利用第一误差ε1(n)和第二误差ε2(n)更新解偏矩阵A(n)的方法为：
Figure BDA0002466614430000103
其中，μ1、μ2、μ3分别为解偏矩阵A(n)三个参数γ、θ、λ学习步长。
基于上述平面判决向偏振态跟踪方法，本发明提出了一种平面判决向偏振态跟踪装置，包括：解偏矩阵处理模块、信号接收模块、信号输出模块、斯托克斯转换模块、第一误差计算模块、筛选模块和第二误差计算模块；
解偏矩阵处理模块用于初始化或更新解偏矩阵A(n)，并将解偏矩阵右乘接收信号矩阵
Figure BDA0002466614430000111
信号接收模块用于采集接收信号
Figure BDA0002466614430000112
信号输出模块用于输出输出信号
Figure BDA0002466614430000113
斯托克斯转换模块用于将输出信号变换到斯托克斯空间得到输出信号对应的斯托克斯矢量S(n)＝[s0(n)s1(n)s2(n)s3(n)]；其中，s0(n)表示输出信号总功率的0.5倍；s1(n)表示0°线偏振光分量；s2(n)表示45°线偏振光分量；s3(n)表示圆偏振光分量；
第一误差计算模块用于根据s0(n)及s1(n)确定输出信号点所在平面s1r(n)后，再利用s1(n)及s1r(n)计算第一误差ε1(n)；
筛选模块用于根据s0(n)及s1r(n)判断输出信号是否满足筛选条件；筛选条件用于判断输出信号是否为功率最大的组合，或功率最小的组合，或功率最大与功率最小的组合；
第二误差计算模块用于在s1r(n)上寻找与(s2(n)，s3(n))几何距离最近的理想信号点位置(s2r(n)，s3r(n))；并根据s2(n)、s3(n)、s2r(n)及s3r(n)计算第二误差ε2(n)；
更新解偏矩阵包括：利用第一误差ε1(n)更新解偏矩阵A(n)，或利用第一误差ε1(n)和第二误差ε2(n)更新解偏矩阵A(n)。
解偏矩阵为：
Figure BDA0002466614430000114
其中，λ(n)、θ(n)分别代表接收信号矩阵中两正交偏振态对应的相位角参数；γ(n)为接收信号矩阵对应的偏振态仰角参数。
根据s0(n)及s1(n)确定输出信号点所在平面s1r(n)的方法为：
根据接收信号的调制方式，获取理想信号总功率的0.5倍s0r(n)和输出信号点所在平面s1r(n)可能的取值；
以s0r(n)相邻可能取值的均值作为判决阈值，比较输出信号总功率的0.5倍s0(n)与判决阈值间的大小，并利用0°线偏振光分量s1(n)的值，确定输出信号点所在平面s1r(n)。
利用第一误差ε1(n)更新解偏矩阵A(n)中偏振态仰角参数γ(n)的方法为：
Figure BDA0002466614430000121
利用第一误差ε1(n)和第二误差ε2(n)更新解偏矩阵A(n)的方法为：
Figure BDA0002466614430000122
其中，μ1、μ2、μ3分别为解偏矩阵A(n)三个参数γ、θ、λ学习步长。
第一误差为：ε1(n)＝(s1(n)-s1r(n))2；第二误差为：ε2(n)＝(s2(n)-s2r(n))2+(s3(n)-s3r(n))2。
斯托克斯矢量S(n)为：
Figure BDA0002466614430000123
实施例
图1为实施例提供的基于斯托克斯空间的平面判决向偏振态跟踪方法流程图，其中，解偏矩阵A(n)采用更加符合信道特征的λ(n)、θ(n)及γ(n)三参量模型，λ(n)、θ(n)分别代表接收信号矩阵中两正交偏振态对应的相位角参数；γ(n)为接收信号矩阵对应的偏振态仰角参数；具体为：
Figure BDA0002466614430000131
下面以接收信号为16QAM调制格式为例说明本发明提供的平面判决向偏振态的跟踪方法，16QAM调制信号的功率存在2，10，18三种可能；由于理想信号点的总功率s0r(n)为两路理想信号总功率的0.5倍，因此，s0r(n)存在以下五种可能：2(两路接收信号的功率均为2)，6(一路接收信号的功率为2，另一路接收信号的功率为10)，10(两路接收信号的功率均为10，或一路接收信号的功率为2.另一路接收信号的功率为18),14(一路接收信号的功率为10，另一路接收信号的功率为18)和18(两路接收信号的功率均为18)；由于输出信号点所在平面s1r(n)为两路理想信号间功率差的0.5倍，则s1r(n)可能存在以下五种可能：-8，-4，0，4，8；
下面介绍根据输出信号的总功率s0(n)及0°线偏振光分量s1(n)判断输出信号点所在平面s1r(n)的方法：
以s0r(n)相邻可能取值的均值作为判决阈值，则判决阈值存在4，8，12和16四个值；
(1)若s0(n)≤4，则说明两路接收信号的功率均为2，则s1r(n)为0；
(2)若4＜s0(n)≤8，则说明一路接收信号的功率为2，另一路接收信号的功率为10，则s1r(n)可能为4或-4，若s1(n)>0，则s1r(n)为+4，否则，s1r(n)为-4；
(3)若8＜s0(n)≤12，则说明两路接收信号的功率均为10，或一路接收信号的功率为2，另一路接收信号的功率为18；s1r(n)可能为8，-8或0三种可能，若s1(n)<4，则s1r(n)＝-8，若-4＜s1(n)<4，则s1r(n)＝0，若s1(n)>4，则s1r(n)＝8；
(4)若12＜s0(n)≤16，则说明一路接收信号的功率为10.另一路接收信号的功率为18，s1r(n)可能的取值为4或-4，若s1(n)>0，则s1r(n)＝4，否则，s1r(n)＝-4；
(5)若s0(n)>16，则说明两路接收信号的功率均为18，则s1r(n)＝0。
判决平面后，计算第一误差函数ε1(n)，计算公式如下：
ε1(n)＝(s1(n)-s1r(n))2
筛选信号的目的在于简化处理，16QAM信号功率为2或者18的信号可看作两种QPSK信号的组合，在转换到斯托克斯空间后，易于识别与处理。
筛选目的具体如下：
由于如图2所示的16QAM转换到斯托克斯空间后存在多达60个理想信号点(如图3(a)和图3(b)所示)，因此，判断输出信号距离其中哪个理想信号点位置最近存在太过繁杂且容易判断错误的问题，不可实行。即使经过平面判决，处理的点也仍旧过多，尤其以s1r(n)＝0的平面内的点最为繁多，多达20个；s1r(n)＝±4的平面内也存在着16个理想信号点。
基于上述原因，本发明提出筛选条件，由于对模值为R1及R3的输出信号进行识别是比较简单的，此时输出信号相当于两个模值不一样的QPSK信号，转换到斯托克斯空间后如图4(a)和图4(b)所示，平面判决后，通过判断最近的理想点间距离计算第二误差，可大大简化实施过程。
筛选条件为：
对于任意高于QPSK的调制格式可概括为：挑选模值最小和最大的输出信号，即功率最大和最小的输出信号，可根据s0(n)以及s1r(n)筛选。下面通过本实施例介绍如何判断输出信号满足筛选条件:
根据s0(n)以及s1r(n)判断是否满足筛选条件，具体如下：
(1)若s0(n)≤4，则两路接收信号功率均为2，满足筛选条件；
(2)若4＜s0(n)≤8，则说明一路接收信号的功率为2，另一路接收信号的功率为10，不满足筛选条件；
(3)若8＜s0(n)≤12，且s1r(n)＝8或s1r(n)＝-8，则一路接收信号的功率为2，一路接收信号的功率为18，满足筛选条件，否则不满足筛选条件；
(4)若12＜s0(n)≤16，则说明一路接收信号的功率为10，另一路接收信号的功率为18，不满足筛选条件；
(5)若s0(n)>16，则说明两路接收信号的功率均为18，则满足约束条件。
根据筛选条件，便可筛选出接收信号功率为2或者18对应的输出信号，满足筛选条件的输出信号转换到斯托克斯空间后存在着理想位置，其坐标为(s2r(n)，s3r(n))；
首先根据s0(n)及s1r(n)判断理想信号点位置坐标的可能取值，再利用(s2(n)，s3(n))根据几何距离最近原则确定理想信号点位置(s2r(n)，s3r(n))，具体如下：
(1)s0(n)≤4，则说明两路接收信号的功率均为2，(s2r(n)，s3r(n))的可能取值为(0,2)、(2,0)、(0，-2)、(-2，0)；
(2)若8＜s0(n)≤12，且s1r(n)＝8或s1r(n)＝-8，则一路接收信号的功率为2，一路接收信号的功率为18，(s2r(n)，s3r(n))的可能取值为(0,6)、(6,0)、(-6,0)、(-6,0)；
(3)若s0(n)>16，则说明两路接收信号的功率均为18，(s2r(n)，s3r(n))的可能取值为(0,18)、(18,0)、(0，-18)、(-18,0)；
(4)计算(s2(n)，s3(n))到(s2r(n)，s3r(n))可能取值的几何距离，选取几何距离最近的坐标值确定s2r(n)和s3r(n)；
根据s2(n)、s3(n)、s2r(n)及s3r(n)计算第二误差ε2(n)，具体如下：
ε2(n)＝(s2(n)-s2r(n))2+(s3(n)-s3r(n))2
不满足筛选条件的输出信号，根据第一误差ε1(n)更新解偏矩阵A(n)，具体为：
Figure BDA0002466614430000161
其中，μ1为解偏矩阵A(n)中偏振态仰角参数对应的学习步长；
满足筛选条件的输出信号，利用第一误差ε1(n)和第二误差ε2(n)更新解偏矩阵A(n)，具体如下：
Figure BDA0002466614430000162
其中，μ1、μ2、μ3分别为解偏矩阵A(n)三个参数γ、θ、λ学习步长；由于变化速度的不同，μ1的设置应考虑比μ2、μ3大一个量级。
本发明并不局限于上述实施例。本发明通过将第一误差和第二误差放入斯托克斯空间进行考量，并通过平面判决和信号筛选简化处理过程，使得跟踪方法适用于高阶调制格式、不受频偏影响、对相位噪声更耐受，由此解决雷电环境下因偏振态旋转导致偏振态跟踪困难的技术问题。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种平面判决向偏振态跟踪方法，其特征在于，包括：
(1)采集接收信号矩阵，并将解偏矩阵右乘所述接收信号矩阵，获取输出信号；
(2)将输出信号变换到斯托克斯空间得到输出信号对应的斯托克斯矢量S(n)＝[s0(n)s1(n)s2(n)s3(n)]；其中，s0(n)表示输出信号总功率的0.5倍；s1(n)表示0°线偏振光分量；s2(n)表示45°线偏振光分量；s3(n)表示圆偏振光分量；
(3)根据s0(n)及s1(n)确定输出信号点所在平面s1r(n)后，再利用s1(n)及s1r(n)计算第一误差ε1(n)，所述第一误差ε1(n)为ε1(n)＝(s1(n)-s1r(n))2；
(4)根据s0(n)及s1r(n)判断输出信号是否满足筛选条件；若满足，则转至步骤(5)；否则，利用第一误差ε1(n)更新解偏矩阵A(n)，且令n＝n+1，转至步骤(2)，以采用更新后的解偏矩阵跟踪接收信号的偏振态，直至无接收信号时停止跟踪；
(5)在s1r(n)上寻找与(s2(n)，s3(n))几何距离最近的理想信号点位置(s2r(n)，s3r(n))；
(6)根据s2(n)、s3(n)、s2r(n)及s3r(n)计算第二误差ε2(n)，所述第二误差ε2(n)为ε2(n)＝(s2(n)-s2r(n))2+(s3(n)-s3r(n))2；
(7)利用第一误差ε1(n)和第二误差ε2(n)更新解偏矩阵A(n)，且令n＝n+1；转至步骤(2)，以采用更新后的解偏矩阵跟踪接收信号的偏振态，直至无接收信号时停止跟踪；
其中，筛选条件用于判断输出信号是否为功率最大的组合，或功率最小的组合，或功率最大与功率最小的组合。
2.根据权利要求1所述的平面判决向偏振态跟踪方法，其特征在于，根据s0(n)及s1(n)确定输出信号点所在平面s1r(n)的方法为：
根据接收信号的调制方式，获取s0r(n)和输出信号点所在平面s1r(n)可能的取值；
以s0r(n)相邻可能取值的均值作为判决阈值，比较s0(n)与判决阈值间的大小，并利用0°线偏振光分量s1(n)的值，确定输出信号点所在平面s1r(n)；其中，s0r(n)为两路理想信号总功率的0.5倍。
3.根据权利要求1所述的平面判决向偏振态跟踪方法，其特征在于，所述解偏矩阵为：
Figure FDA0003041097310000021
其中，λ(n)、θ(n)分别代表接收信号矩阵中两正交偏振态对应的相位角参数；γ(n)为接收信号矩阵对应的偏振态仰角参数。
4.根据权利要求3所述的平面判决向偏振态跟踪方法，其特征在于，所述利用第一误差ε1(n)更新解偏矩阵A(n)中偏振态仰角参数γ(n)的方法为：
Figure FDA0003041097310000022
所述利用第一误差ε1(n)和第二误差ε2(n)更新解偏矩阵A(n)的方法为：
Figure FDA0003041097310000023
其中，μ1、μ2、μ3分别为解偏矩阵A(n)三个参数γ、θ、λ学习步长。
5.一种基于权利要求1所述的平面判决向偏振态跟踪方法的装置，其特征在于，包括：解偏矩阵处理模块、信号接收模块、信号输出模块、斯托克斯转换模块、第一误差计算模块、筛选模块和第二误差计算模块；
所述信号接收模块用于采集接收信号矩阵；所述解偏矩阵处理模块用于初始化或更新解偏矩阵，并将解偏矩阵右乘所述信号接收模块采集到的接收信号矩阵以跟踪接收信号的偏振态；
所述信号输出模块用于输出输出信号；所述斯托克斯转换模块用于将输出信号变换到斯托克斯空间得到输出信号对应的斯托克斯矢量S(n)＝[s0(n)s1(n)s2(n)s3(n)]；其中，s0(n)表示输出信号总功率的0.5倍；s1(n)表示0°线偏振光分量；s2(n)表示45°线偏振光分量；s3(n)表示圆偏振光分量；
所述第一误差计算模块用于根据s0(n)及s1(n)确定输出信号点所在平面s1r(n)后，再利用s1(n)及s1r(n)计算第一误差ε1(n)，所述第一误差ε1(n)为ε1(n)＝(s1(n)-s1r(n))2；
所述筛选模块用于根据s0(n)及s1r(n)判断输出信号是否为功率最大的组合，或功率最小的组合，或功率最大与功率最小的组合；
所述第二误差计算模块用于在s1r(n)上寻找与(s2(n)，s3(n))几何距离最近的理想信号点位置(s2r(n)，s3r(n))；并根据s2(n)、s3(n)、s2r(n)及s3r(n)计算第二误差ε2(n)，所述第二误差ε2(n)为ε2(n)＝(s2(n)-s2r(n))2+(s3(n)-s3r(n))2；
所述解偏矩阵处理模块更新解偏矩阵包括：当所述筛选模块的判断结果为否时，利用第一误差ε1(n)更新解偏矩阵A(n)；当所述筛选模块的判断结果为是时，利用第一误差ε1(n)和第二误差ε2(n)更新解偏矩阵A(n)。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述解偏矩阵为：
Figure FDA0003041097310000031
其中，λ(n)、θ(n)分别代表接收信号矩阵中两正交偏振态对应的相位角参数；γ(n)为接收信号矩阵对应的偏振态仰角参数。
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