[发明专利]一种基于自由空间光通信的高斯光束跟踪方法

说明书

本发明公开了一种基于自由空间光(FSO)通信的高斯光束跟踪方法。该方法分时域和空域两种，根据发射机发射激光，接收机可测量该激光的激光功率，在不同时间段里，发射机发射定向参数的激光，接收机获得K个样本，基于这些测量值可以求得用户的相对坐标。本发明计算效率高，只需要线性方程组的解，这可以用低成本的信号处理单元来实现。同时减少了对反馈链路的需求，不依赖迭代过程。

技术领域

本发明涉及可见光定位技术领域，特别是一种基于自由空间光(FSO)通信的高斯光束跟踪方法。

背景技术

在过去的几十年中，通信速率不断提高，通信系统正在利用更高的频带覆盖毫米波，太赫兹波和光波。频率越高，信号束便越窄，从而带来越高的方向增益。然而，窄光束对跟踪速度和鲁棒性提出了更高的要求。

现有的FSO跟踪系统大多利用电荷耦合器件、硅光伏板或自由旋转云台，这些跟踪方法没有考虑跟踪速度的限制，或没有考虑如何减少反馈链接的工作量。因此，已有的FSO跟踪系统无法支持高移动性的节点，很难应用在对追踪速度有一定要求的设备上。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是现有FSO跟踪系统跟踪速度慢，或反馈链接的工作量大的问题，提供了一种基于自由空间光(Free spatial optical)通信的高斯光束跟踪方法。该算法计算效率高，只需要线性方程组的解，这可以用低成本的信号处理单元来实现。同时减少了对反馈链路的需求，不依赖迭代过程。

本发明包括如下步骤：

步骤1：发射机发射激光，在接收平面上形成一个激光点。发射机平面和接收机平面之间的平面距离为d，接收机中心坐标为(ρ_r,θ_r)，激光点中心坐标为(ρ_l,θ_l)。发射机指向接收机所在平面的原点。当d很大时，使得ρ_l cosθ_l/d和ρ_l sinθ_l/d都足够小(小于0.01)时，偏转角可以近似为

步骤2：距发射机距离d的接收强度的空间分布为

P_r是接收机测量的激光功率；a是常数，取决于传播距离d和发射功率P_t；σ是距发射器单位距离处的激光强度的分布参数；σd是距离d处的激光强度的分布参数，即激光光斑直径随着d线性增加。

步骤3：把采样过程分成K个时间段，在第k个时间段里，发射机发射定向参数(ρ_l,kcosθ_l,k/d,ρ_l,ksinθ_l,k/d)的激光，接收机可以在K个时间段里获得K个样本：

其中δ_k～N(0,1)是加性高斯噪声。

将上式中第k和第k-1个式子相除，得出线性方程组：

其中是k时刻测得的光功率样本，是接收机的估计坐标。

步骤4：求解该线性方程组可以得出用户的相对坐标。

有益效果：本发明计算效率高，只需要线性方程组的解，这可以用低成本的信号处理单元来实现。同时减少了对反馈链路的需求，不依赖迭代过程。

附图说明

图1为发射机和接收机的示意图。

图2为时域方法的示意图。

图3为空域方法的示意图。