本發(fā)明屬于激光通信和光學成像的交叉學科，具體是指一種利用成像設備判斷信道特征、以高清成像為目標進行信道自適應補償、實現高質量自由空間激光通信的方法，尤其涉及一種基于成像信道預補償的激光通信方法。

背景技術：

1、自由空間激光通信具有準直性強、帶寬大、抗電磁干擾能力強等優(yōu)勢，可作為無線電通信的重要補充手段，為視距范圍內多個用戶提供通信服務?，F階段制約自由空間激光通信大規(guī)模應用的瓶頸問題主要有：(1)自由空間激光通信易受環(huán)境干擾，大氣湍流擾動、風切變、雨霧、水汽等各種惡劣天氣狀況都會對通信信號產生影響，大幅增加誤碼率直至完全阻隔通信；(2)自由空間激光通信需要使用跟蹤瞄準系統(tǒng)建立穩(wěn)定的光學通信鏈路，通信距離越遠，跟蹤瞄準系統(tǒng)的口徑越大，系統(tǒng)重量體積和機械控制難度也就越大；(3)自由空間激光通信準直性較強，與傳統(tǒng)無線電通信相比不具備廣播發(fā)送能力，單一跟蹤瞄準系統(tǒng)同時只能支持兩個用戶之間點對點通信。

2、通過對湍流、熱暈、風切變等環(huán)境因素的實時補償，能夠為激光通信提供可靠穩(wěn)定的傳輸信道，通常通過自適應光學系統(tǒng)來完成。自適應光學系統(tǒng)對導星等參考目標進行成像，分析因為各種環(huán)境因素導致的波前畸變，通過波前變形鏡對波前畸變進行預補償，最終實現對參考目標的高清成像。

技術實現思路

1、針對上述缺陷，本發(fā)明要解決的技術問題是如何實現高質量自由空間激光通信。

2、針對上述缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種基于成像信道預補償的激光通信方法，通信信號發(fā)起方利用成像設備對通信信號接收方進行成像，根據通信信號接收方的成像清晰程度(而非傳統(tǒng)自適應光學使用的導星清晰程度)判斷信道狀態(tài)，根據信道狀態(tài)對各種光學自由度的影響差異靈活選擇通信編碼方式，調整跟蹤瞄準系統(tǒng)和激光通信系統(tǒng)使得接收方光學信號接收口徑在成像陣面清晰成像且通信雙方發(fā)送-接收口徑共軸平行，通過上述操作實現高質量自由空間激光通信。

3、為了達到上述效果，本發(fā)明提供的基于成像信道預補償的激光通信方法，選取通信對端作為參考目標進行成像，對成像結果進行分析并判斷信道狀況，分析造成波前畸變的因素并優(yōu)選激光通信編碼方式使得通信質量達到最優(yōu)，通過光學合束器將成像陣列和激光通信源合并到同一光學口徑中，經過自適應光學系統(tǒng)、跟蹤瞄準系統(tǒng)輸出，成像陣列對通信信號接收方進行成像，分析成像質量，判斷信道準直情況、波前畸變情況以及成像失焦情況，完成對通信信道質量的評估；根據通信信道質量特性和環(huán)境擾動來源，選擇受到信道擾動最小的編碼方式進行編碼；根據通信信道質量評估結果，調整跟蹤瞄準系統(tǒng)光軸，使通信雙方光學口徑盡可能共軸，調整自適應光學系統(tǒng)，將產生的畸變修正到閉環(huán)穩(wěn)定，調整跟蹤瞄準系統(tǒng)或自適應光學系統(tǒng)焦距，使通信雙方的光學口徑在互相的成像陣列上在焦清晰，完成高質量激光通信。

4、優(yōu)選地，上述方法具體包括以下步驟：

5、s101、通信信道的評估，通過光學合束器將成像陣列和激光通信源合并到同一光學口徑中，經過自適應光學系統(tǒng)、跟蹤瞄準系統(tǒng)輸出，成像陣列對通信信號接收方進行成像，利用圖像處理算法分析成像質量，判斷信道準直情況、波前畸變情況以及成像失焦情況，完成對通信信道質量的評估；

6、s102、通信編碼方式的優(yōu)選，通信系統(tǒng)根據通信信道質量特性和環(huán)境擾動來源，選擇受到信道擾動最小的編碼方式進行編碼；

7、s103、信道預補償，根據通信信道質量評估結果，調整跟蹤瞄準系統(tǒng)光軸，使通信雙方光學口徑盡可能共軸，調整產生的畸變并修正到閉環(huán)穩(wěn)定，調整跟蹤瞄準系統(tǒng)或自適應光學系統(tǒng)焦距，使通信雙方的光學口徑在互相的成像陣列上在焦清晰，完成高質量激光通信。

8、優(yōu)選地，上述編碼選擇偏振、相位、時間比特相位中的一種或多種編碼方式。

9、優(yōu)選地，上述調整產生的畸變是調整自適應光學系統(tǒng)，使湍流或熱暈因素產生的畸變修正到閉環(huán)穩(wěn)定。

10、一種基于成像信道預補償的激光通信方法，包括通信雙方，具體包括：

11、s201、通信雙方通過跟蹤瞄準系統(tǒng)建立自由空間激光通信鏈路，通信信號發(fā)送方的成像系統(tǒng)經過光學合束器、自適應光學系統(tǒng)以及跟蹤瞄準系統(tǒng)，捕獲到通信信號接收方；

12、s202、通信信號發(fā)送方的成像系統(tǒng)會根據成像結果分析信道特性；

13、s203、激光通信模塊根據信道分析結果做出編碼優(yōu)選，當傳輸信道對偏振變化不敏感時，選擇偏振編碼激光通信模式；當傳輸信道對相位起伏不敏感時，選擇相位編碼激光通信模式；當傳輸信道對模場分布不敏感時，選擇空間編碼激光通信模式；

14、s204、控制跟蹤瞄準系統(tǒng)，調節(jié)焦距和光軸；控制自適應光學系統(tǒng)，對大氣湍流等環(huán)境因素引發(fā)的波前畸變進行實時預補償，直至成像質量達到能夠優(yōu)化的極限水平并閉環(huán)穩(wěn)定，通信雙方有任何一方完成上述操作，即實現基于成像信道預補償的高質量激光通信。

15、優(yōu)選地，上述s201捕獲到通信信號接收方跟蹤瞄準系統(tǒng)。

16、優(yōu)選地，上述s202具體為當通信信號接收方的跟蹤瞄準系統(tǒng)光學口徑的中點與成像陣列中點不重合時，通信雙方光學信道不共軸；分析成像是否存在失焦，判斷通信雙方的跟蹤瞄準系統(tǒng)焦距與兩者光程是否匹配；根據成像結果的實時變化，判斷傳輸信道內是否存在環(huán)境擾動。

17、優(yōu)選地，上述s203中偏振編碼激光通信模式是指將信號編譯在不同的光學偏振態(tài)的一種編碼方式，例如將水平偏振態(tài)編譯為0，垂直偏振態(tài)編譯為1。所述相位編碼激光通信模式是指將信號編譯在不同的光學相位的一種編碼方式，例如將0相位編譯為0，π相位編譯為1。所述空間編碼激光通信模式是指將信號編譯在不同的空間模場的一種編碼方式，例如將基模編譯為0，高階模編譯為1。

18、優(yōu)選地，上述s203信道分析結果做出編碼優(yōu)選，當傳輸信道對偏振變化不敏感時，選擇偏振編碼激光通信模式；當傳輸信道對相位起伏不敏感時，選擇相位編碼激光通信模式；當傳輸信道對模場分布不敏感時，選擇空間編碼激光通信模式；控制跟蹤瞄準系統(tǒng)，調節(jié)焦距和光軸；控制自適應光學系統(tǒng)，對環(huán)境因素引發(fā)的波前畸變進行實時預補償，直至成像質量達到能夠優(yōu)化的極限水平并閉環(huán)穩(wěn)定。

19、本發(fā)明提供一種計算機可讀存儲介質，其上存儲有計算機程序，該程序被處理器執(zhí)行時實現上述方法。

20、與現有技術相比，本發(fā)明達到了以下技術效果：

21、首先，本發(fā)明將航拍系統(tǒng)和自由空間激光通信系統(tǒng)進行了組合運用，借助航拍成像質量對通信傳輸信道進行評估分析，為“信道自適應”的激光通信編碼方式優(yōu)選提供了參考依據；

22、其次，本發(fā)明提出基于成像質量的激光通信信道補償方法，與主流自適應光學方法不同，直接使用通信雙方作為目標進行波前畸變分析，規(guī)避了傳統(tǒng)方法中使用的導星，能夠在提高激光通信質量的前提下大幅簡化自適應光學系統(tǒng)工作流程，降低成本；

23、最后，本發(fā)明提出的方案特別適合于惡劣信道極端條件，能夠極大提升自由空間激光通信在不同運行環(huán)境下的工作能力，對于自由空間激光通信的推廣應用具有重要價值。