CN114826394B - 一种高精度大动态范围的光信道衰减探测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高精度大动态范围的光信道衰减探测系统及方法，包括：根据待测量的信道特性选择开启多波长激光器组中所对应波长的激光器，产生并发射光信号；将光信号直接接入光电探测器，获得光信号的第一光功率；将光信号接入待测量的光信道，经过光信道传输后再接入光电探测器，获得经光信道传输后光信号的第二光功率；对第一光功率、第二光功率做差值，获得待测量光信道的衰减结果。本发明的探测系统不受器件自身非线性的影响，通过测量光功率在接入信道前后的变化来探测光信道的衰减值。实现对输入不同光功率时的快速探测，提高光功率探测能力，强化对不同光功率下的适应能力，保证了测量精度。

Description

一种高精度大动态范围的光信道衰减探测系统及方法

技术领域

本发明属于激光通信领域，特别是涉及一种高精度大动态范围的光信道衰减探测系统及方法。

背景技术

相对射频通信，无线光通信具有频带宽、成本低、部署快速和无需频谱许可等显著优点，应用潜力巨大，是目前国内外通信领域的研究热点和前沿。无线信道中激光传输易受大气湍流的影响，导致波前相位发生变化，降低通信链路的稳定性和可靠性。目前国内对无线光通信信道的了解依然不够完整，尚无无线光通信信道参数测试相关标准，具体针对某个效应的测试也没有可参考的标准。因此，基于各类承载平台的无线光通信终端尚未实现大规模工程化应用。开展无线光信道特性的测试和分析研究可用于指导无线光通信系统设备的研制，不仅有助于提高和保障无线光通信设备的研究水平，有利于制定统一的无线光信道测试标准，还为无线光通信装备的使用环境提供了参考，能满足无线光通信装备长远发展的需要。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出一种高精度大动态范围的光信道衰减探测方法，实现对不同特征的光信道衰减值的测量系统。通过利用经过信道传输前后光功率的差值来计算信道衰减，即通过信道特性选择开启多波长激光器组中的一组激光器，对其光功率进行测量；之后将激光接入信道，测量经过信道传输后的光功率，从而将两次得到的光功率做差，得到信道的衰减值。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：一种高精度大动态范围的光信道衰减探测系统，包括：

第一光功率获取模块、第二光功率获取模块、光功率衰减探测模块；

所述第一光功率获取模块，用于获取光信号的第一光功率；

所述第二光功率获取模块，用于获取光信号的第二光功率；

所述光功率衰减探测模块，分别与所述第一光功率获取模块、所述第二光功率获取模块连接，用于对所述第一光功率、所述第二光功率做差值，获得衰减结果。

优选地，所述第一光功率获取模块包括多波长激光器组、光信道传输单元、光电探测器；

所述多波长激光器组，用于产生并发射光信号；

所述光信道传输单元，用于接收所述光信号，并将所述光信号通过光信道输出给所述光电探测器；

所述光电探测器，与所述光信道传输单元连接，用于接收所述光信道传输单元输出的光信号，获得所述光信号的第一光功率。

优选地，所述第二光功率获取模块包括多波长激光器组、光电探测器；

所述多波长激光器组，用于产生并发射光信号；

所述光电探测器，与所述多波长激光器组连接，用于接收所述多波长激光器组输出的光信号，获得所述光信号的第二光功率。

优选地，所述多波长激光器组，包括若干个对应不同波长的激光器，用于根据不同光信道对传输光波长的不同要求，选择开启所述多波长激光器组中所对应波长的激光器，产生并发射光信号。

优选地，所述光信道衰减探测系统还包括光电流采集模块、信号处理模块、偏置电压自适应调节模块；

所述光电流采集模块，与所述光电探测器连接，用于采集所述光电探测器接收光信号后产生的光电流，并将所述光电流传输至所述信号处理模块；

所述信号处理模块，与所述光电流采集模块连接，用于接收所述光电流，并根据所述光电流的大小对所述偏置电压自适应调节模块发送不同指令；

所述偏置电压自适应调节模块，与所述信号处理模块连接，用于根据所述信号处理模块发送的不同指令调节所述光电探测器的偏置电压。

优选地，所述信号处理模块包括信号强度判断单元，所述信号强度判断单元用于通过设置信号强度阈值，当所述信号处理模块接收到的信号小于所述信号强度阈值，控制所述偏置电压自适应模块输出高压门控信号，使得光电探测器工作在单光子计数模式下，进行弱功率的光信号探测；当所述信号处理模块接收到的信号大于所述信号强度阈值，控制所述偏置电压自适应模块输出直流偏压信号，使得光电探测器工作在线性模式下，进行强功率的光信号探测。

一种高精度大动态范围的光信道衰减探测方法，包括，

根据待测量的信道特性选择开启多波长激光器组中所对应波长的激光器，产生并发射光信号；

将所述光信号直接接入光电探测器，获得光信号的第一光功率；将所述光信号接入待测量的光信道，经过光信道传输后再接入光电探测器，获得经光信道传输后光信号的第二光功率；

对所述第一光功率、所述第二光功率做差值，获得待测量光信道的衰减结果。

优选地，将所述光信号接入待测量的光信道，经过光信道传输后再接入光电探测器，获得经光信道传输后光信号的第二光功率的过程中，还包括，所述光电探测器接收到光信号后产生的光电流通过光电流采集模块传输给信号处理模块，所述信号处理模块根据接收光电流的大小对偏置电压自适应模块发送不同指令调节光电探测器的偏置电压。

优选地，所述信号处理模块根据接收光电流的大小对偏置电压自适应模块发送不同指令调节光电探测器的偏置电压的过程包括，通过所述信号处理模块的信号强度判断单元设置信号强度阈值，当所述信号处理模块接收到的信号小于所述信号强度阈值，控制所述偏置电压自适应模块输出高压门控信号，使得光电探测器工作在单光子计数模式下，进行弱功率的光信号探测；当所述信号处理模块接收到的信号大于所述信号强度阈值，控制所述偏置电压自适应模块输出直流偏压信号，使得光电探测器工作在线性模式下，进行强功率的光信号探测。

本发明公开了以下技术效果：

本发明提供的一种高精度大动态范围的光信道衰减探测系统及方法，利用激光器、光电探测器、偏置电压控制、光电流采集模块以及信号处理器等光学和电子器件构成大动态范围光信道衰减探测系统；通过测量未接入与接入后的光功率差值来获取当前光信道的衰减值。在光功率探测过程中，通过信号处理模块计算采集的光电流后，智能控制光电探测器的偏置电压以达到对光功率的大范围探测的效果。在该发明中，通过引入不同波长激光器组成的多波长激光器组，来实现对多情境下光信道衰减的探测以及光电探测器探测性能的互补矫正等。

本发明实现的高精度大动态范围的光信道衰减测量系统不受器件自身非线性的影响；通过测量光功率在接入信道前后的变化来探测光信道的衰减值。本发明提出采用偏置电压自适应调节模块来调节光电探测器的偏置电压，从而实现对输入不同光功率时的快速探测，提高光功率探测能力，强化对不同光功率下的适应能力，保证了测量精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的方法流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明提供了一种高精度大动态范围的光信道衰减探测系统,包括：

包括：第一光功率获取模块、第二光功率获取模块、光功率衰减探测模块；

所述第一光功率获取模块，用于获取光信号的第一光功率；

所述第二光功率获取模块，用于获取光信号的第二光功率；

光功率衰减探测模块，分别与所述第一光功率获取模块、所述第二光功率获取模块连接，用于对所述第一光功率、所述第二光功率做差值，获得衰减结果。

所述第一光功率获取模块包括多波长激光器组、光信道传输单元、光电探测器；

所述多波长激光器组，用于产生并发射光信号；

所述光信道传输单元，用于接收所述光信号，并将所述光信号通过光信道输出给所述光电探测器；

所述光电探测器，与所述光信道传输单元连接，用于接收所述光信道传输单元输出的光信号，获得所述光信号的第一光功率。

所述第二光功率获取模块包括多波长激光器组、光电探测器；

所述多波长激光器组，用于产生并发射光信号；

所述光电探测器，与所述多波长激光器组连接，用于接收所述多波长激光器组输出的光信号，获得所述光信号的第二光功率。

所述多波长激光器组，包括若干个对应不同波长的激光器，用于根据不同光信道对传输光波长的不同要求，选择开启所述多波长激光器组中所对应波长的激光器，产生并发射光信号。

所述光信道衰减探测系统还包括光电流采集模块、信号处理模块、偏置电压自适应调节模块；

所述光电流采集模块，与所述光电探测器连接，用于采集所述光电探测器接收光信号后产生的光电流，并将所述光电流传输至所述信号处理模块；

所述信号处理模块，与所述光电流采集模块连接，用于接收所述光电流，并根据所述光电流的大小对所述偏置电压自适应调节模块发送不同指令；

所述偏置电压自适应调节模块，与所述信号处理模块连接，用于根据所述信号处理模块发送的不同指令调节所述光电探测器的偏置电压。

所述信号处理模块包括信号强度判断单元，所述信号强度判断单元用于通过设置信号强度阈值，当所述信号处理模块接收到的信号小于所述信号强度阈值，控制所述偏置电压自适应模块输出高压门控信号，使得光电探测器工作在单光子计数模式下，进行弱功率的光信号探测；当所述信号处理模块接收到的信号大于所述信号强度阈值，控制所述偏置电压自适应模块输出直流偏压信号，使得光电探测器工作在线性模式下，进行强功率的光信号探测。

如图1所示，本发明提供的一种高精度大动态范围的光信道衰减探测方法，包括：

根据待测量的信道特性选择开启多波长激光器组中所对应波长的激光器，产生并发射光信号；

将所述光信号直接接入光电探测器，获得光信号的第一光功率；将所述光信号接入待测量的光信道，经过光信道传输后再接入光电探测器，获得经光信道传输后光信号的第二光功率；

对所述第一光功率、所述第二光功率做差值，获得待测量光信道的衰减结果。

将所述光信号接入待测量的光信道，经过光信道传输后再接入光电探测器，获得经光信道传输后光信号的第二光功率的过程中，还包括，所述光电探测器接收到光信号后产生的光电流通过光电流采集模块传输给信号处理模块，所述信号处理模块根据接收光电流的大小对偏置电压自适应模块发送不同指令调节光电探测器的偏置电压。

所述信号处理模块根据接收光电流的大小对偏置电压自适应模块发送不同指令调节光电探测器的偏置电压的过程包括，通过所述信号处理模块的信号强度判断单元设置信号强度阈值，当所述信号处理模块接收到的信号小于所述信号强度阈值，控制所述偏置电压自适应模块输出高压门控信号，使得光电探测器工作在单光子计数模式下，进行弱功率的光信号探测；当所述信号处理模块接收到的信号大于所述信号强度阈值，控制所述偏置电压自适应模块输出直流偏压信号，使得光电探测器工作在线性模式下，进行强功率的光信号探测。

实施例一

本发明提供的高精度大动态范围的光信道衰减探测系统,包括如下光学和电子器件：多波长激光器组，光电探测器，光电流采集模块，信号处理模块，偏置电压自适应调节模块；利用上述光学和电子器件构成大动态范围光功率探测系统，在接入信道后测得信道衰减。

同时，如图1所示，本发明还提出了利用上述高精度大动态范围的光信道衰减探测系统的具体探测方法，具体包括以下步骤：

步骤一：根据所要测量的信道特性选择要开启的多波长激光器组，将激光器输出直接接入光电探测器，获取输出光功率；

步骤二：将步骤一输出的激光直接接入要测量的光信道，经过光信道传输后再接入光电探测器，获取经过信道传输后的光功率；

进一步地，步骤二具体包括，根据不同光信道对传输光波长的不同要求，选择开启多波长激光器组中所对应波长的激光器，将激光器产生的光信号经过所需测试的光信道输出给光电探测器；光电探测器接收到光信号后产生的光电流通过光电流采集模块传输给信号处理模块，信号处理模块根据接收光电流的大小对偏置电压自适应模块发送不同指令以改变光电探测器的偏置电压。当信号处理模块接收信号很弱的情况下，偏置电压自适应模块将输出高压门控信号，使得光电探测器工作在单光子计数模式下，进行极弱功率的光信号探测；当信号处理模块接收信号较强的情况下，偏置电压自适应模块将输出直流偏压信号，使得光电探测器工作在线性模式下，进行较强功率的光信号探测。所述偏置电压自适应模块通过对光电探测器的偏置电压的自适应控制，以实现对接收光功率的大量程探测，并实现保护光电探测器的效果。

步骤三：将步骤一和步骤二所测得的光功率做差值，即可得到当前测量光信道的衰减值。

综上所述，本发明通过测量光功率在接入信道前后的变化来探测光信道的衰减值。该系统可以实现大动态范围内的光功率测量，即可满足高精度大动态范围光信道衰减探测的要求，且可以用多波长激光器分别测试后结果进行互补，消除器件非线性的影响，因此，本发明实现的大量程距离测量的高精度光学校准技术为线性系统，不受实验器件自身非线性的影响。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (2)

1.一种高精度大动态范围的光信道衰减探测系统,其特征在于，包括：第一光功率获取模块、第二光功率获取模块和光功率衰减探测模块；

所述第一光功率获取模块，用于获取光信号的第一光功率；

所述第二光功率获取模块，用于获取光信号的第二光功率；

所述光功率衰减探测模块，分别与所述第一光功率获取模块、所述第二光功率获取模块连接，用于对所述第一光功率、所述第二光功率做差值，获得衰减结果；

所述第一光功率获取模块包括第一多波长激光器组、第一光信道传输单元、第一光电探测器；

所述第一多波长激光器组，用于产生并发射第一光信号；

所述第一光信道传输单元，用于接收所述第一光信号，并将所述第一光信号通过光信道输出给所述第一光电探测器；

所述第一光电探测器，与所述第一光信道传输单元连接，用于接收所述第一光信道传输单元输出的第一光信号，获得所述第一光信号的第一光功率；

所述第二光功率获取模块包括第二多波长激光器组、第二光电探测器；

所述第二多波长激光器组，用于产生并发射第二光信号；

所述第二光电探测器，与所述第二多波长激光器组连接，用于接收所述第二多波长激光器组输出的第二光信号，获得所述第二光信号的第二光功率；

所述第一多波长激光器组和所述第二多波长激光器组，包括若干个对应不同波长的激光器，用于根据不同光信道对传输光波长的不同要求，选择开启所述第一多波长激光器组和所述第二多波长激光器组中所对应波长的激光器，产生并发射所述第一光信号和所述第二光信号；

所述光信道衰减探测系统还包括光电流采集模块、信号处理模块和偏置电压自适应调节模块；

所述光电流采集模块，与所述光电探测器连接，用于采集所述光电探测器接收光信号后产生的光电流，并将所述光电流传输至所述信号处理模块；

所述信号处理模块，与所述光电流采集模块连接，用于接收所述光电流，并根据所述光电流的大小对所述偏置电压自适应调节模块发送不同指令；

所述偏置电压自适应调节模块，与所述信号处理模块连接，用于根据所述信号处理模块发送的不同指令调节所述光电探测器的偏置电压；

所述信号处理模块包括信号强度判断单元，所述信号强度判断单元用于通过设置信号强度阈值，当所述信号处理模块接收到的信号小于所述信号强度阈值，控制所述偏置电压自适应模块输出高压门控信号，使得光电探测器工作在单光子计数模式下，进行弱功率的光信号探测；当所述信号处理模块接收到的信号大于所述信号强度阈值，控制所述偏置电压自适应模块输出直流偏压信号，使得光电探测器工作在线性模式下，进行强功率的光信号探测。

2.一种高精度大动态范围的光信道衰减探测方法，其特征在于，包括，

根据待测量的信道特性选择开启多波长激光器组中所对应波长的激光器，产生并发射光信号；

将所述光信号直接接入光电探测器，获得光信号的第一光功率；将所述光信号接入待测量的光信道，经过光信道传输后再接入光电探测器，获得经光信道传输后光信号的第二光功率；

对所述第一光功率、所述第二光功率做差值，获得待测量光信道的衰减结果；

将所述光信号接入待测量的光信道，经过光信道传输后再接入光电探测器，获得经光信道传输后光信号的第二光功率的过程中，还包括，所述光电探测器接收到光信号后产生的光电流通过光电流采集模块传输给信号处理模块，所述信号处理模块根据接收光电流的大小对偏置电压自适应模块发送不同指令调节光电探测器的偏置电压；

所述信号处理模块根据接收光电流的大小对偏置电压自适应模块发送不同指令调节光电探测器的偏置电压的过程包括，通过所述信号处理模块的信号强度判断单元设置信号强度阈值，当所述信号处理模块接收到的信号小于所述信号强度阈值，控制所述偏置电压自适应模块输出高压门控信号，使得光电探测器工作在单光子计数模式下，进行弱功率的光信号探测；当所述信号处理模块接收到的信号大于所述信号强度阈值，控制所述偏置电压自适应模块输出直流偏压信号，使得光电探测器工作在线性模式下，进行强功率的光信号探测。

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