本發(fā)明涉及無線光通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種強(qiáng)光干擾下的光信號(hào)檢測(cè)方法。

背景技術(shù)：

可見光技術(shù)是一種采用可見光作為光源，以光探測(cè)器(PD、APD、PMT等)作為接收端和大氣作為信道，將發(fā)送信號(hào)調(diào)制在可見光上的一種通信技術(shù)。目前隨著LED照明技術(shù)和可見光通信技術(shù)的發(fā)展，可見光在保證照明的同時(shí)，又可以提供通信服務(wù)功能，使得可見光通信技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)照明通信一體化。

相比于傳統(tǒng)的無線通信，可見光通信具有高帶寬高速率的優(yōu)點(diǎn)，由于可見光的方向性好，因此它具有很好的保密特性。另外可見光通信不受電磁干擾的影響，因此可以在一些電磁受限區(qū)域使用。但是，目前由于現(xiàn)有光學(xué)器件帶寬的限制，使得可見光通信還無法發(fā)揮它的高帶寬高速率的優(yōu)點(diǎn)。另外一方面，現(xiàn)有可見光通信調(diào)制技術(shù)大多是基于強(qiáng)度維度上，大多數(shù)光電檢測(cè)器在強(qiáng)光干擾的環(huán)境下，容易飽和，這對(duì)于光探測(cè)器接收信號(hào)以及后級(jí)信號(hào)的處理都是一種挑戰(zhàn)。

在現(xiàn)有的無線光通信系統(tǒng)中，不同波段的濾光片經(jīng)常被用來提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，并減輕系統(tǒng)中的干擾問題。作為可見光通信的一個(gè)重要分支，光學(xué)攝像頭通信(OCC)經(jīng)常會(huì)受到環(huán)境中的強(qiáng)光干擾。

鑒于此，有必要針對(duì)強(qiáng)光干擾下的光信號(hào)檢測(cè)方案進(jìn)行深入研究，以提高光通信的光環(huán)境適應(yīng)性和動(dòng)態(tài)魯棒性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種強(qiáng)光干擾下的光信號(hào)檢測(cè)方法，可以提高在強(qiáng)光干擾下寬光譜無線光通信的光環(huán)境適應(yīng)性和動(dòng)態(tài)魯棒性。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種強(qiáng)光干擾下的光信號(hào)檢測(cè)方法，包括：

在陣列光探測(cè)器的前端設(shè)置光衰減模塊，以此來提高陣列光探測(cè)器響應(yīng)光功率的線性范圍；

當(dāng)進(jìn)行光信號(hào)檢測(cè)時(shí)，若存在超過預(yù)定值的強(qiáng)光干擾時(shí)，在光衰減模塊的作用下，使陣列光探測(cè)器中的部分或全部探測(cè)單元輸出帶有有用信息的信號(hào)，然后再進(jìn)行后級(jí)處理。

所述光信號(hào)檢測(cè)檢測(cè)的光波段包括：可見光波段、紅色光波段與紫外光波段。

所述陣列光探測(cè)器包括：PD、APD和PMT陣列光探測(cè)器。

所述光衰減模塊包括：可變系數(shù)衰減片，以及具有漸變孔徑尺寸或漸變微孔密度的微孔陣列板。

所述微孔陣列板的材質(zhì)為二氧化硅玻璃或者亞克力，表面涂覆有黑色亞光漆；單個(gè)微孔直徑在50微米與1毫米范圍之內(nèi)變化。

所述后級(jí)處理包括：

如果陣列光探測(cè)器為PD陣列光探測(cè)器，則對(duì)被光衰減模塊覆蓋的圖像區(qū)域進(jìn)行提取和區(qū)域分割，根據(jù)光衰減模塊的衰減系數(shù)與圖像灰度的變化關(guān)系，設(shè)定不同的圖像灰度門限進(jìn)行信號(hào)提取，同時(shí)根據(jù)不同光衰減模塊的衰減系數(shù)下數(shù)據(jù)單元之間的相關(guān)關(guān)系進(jìn)行信號(hào)檢測(cè)分析，最后獲取有用的數(shù)據(jù)單元。

由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，通過借助光衰減模塊的使用，可以有效提高光電檢測(cè)器響應(yīng)光功率的線性范圍，進(jìn)而提高發(fā)端信號(hào)的調(diào)制深度，從而提高通信系統(tǒng)的通信速率和可靠性；同時(shí)可以在強(qiáng)光干擾下，可以有效避免陣列信號(hào)的完全飽和，通過在探測(cè)器前端使用光衰減模塊，這樣就會(huì)保證陣列探測(cè)器單元中部分或全部單元輸出信號(hào)帶有有用信息的信號(hào)，進(jìn)行后級(jí)檢測(cè)，從而提高在強(qiáng)光干擾下寬光譜無線光通信的光環(huán)境適應(yīng)性和動(dòng)態(tài)魯棒性。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種強(qiáng)光干擾下的光信號(hào)檢測(cè)方法的流程圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的光譜波長分布示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的梯度可變系數(shù)可見光衰減片的示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的采用梯度可變系數(shù)衰減片作為輔助器件，測(cè)量在發(fā)端信號(hào)電壓一定的情況下，圖像灰度值和衰減系數(shù)的關(guān)系示意圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的微孔陣列板的示意圖；

圖6為本發(fā)明實(shí)施例提供的基于微孔陣列板的光通信過程示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

本發(fā)明實(shí)施例提供一種強(qiáng)光干擾下的光信號(hào)檢測(cè)方法，如圖1所示，其主要包括：

步驟11、在陣列光探測(cè)器的前端設(shè)置光衰減模塊，以此來提高陣列光探測(cè)器響應(yīng)光功率的線性范圍。

步驟12、當(dāng)進(jìn)行光信號(hào)檢測(cè)時(shí)，若存在超過預(yù)定值的強(qiáng)光干擾時(shí)，在光衰減模塊的作用下，使陣列光探測(cè)器中的部分或全部探測(cè)單元輸出帶有有用信息的信號(hào)，然后再進(jìn)行后級(jí)處理。

本發(fā)明實(shí)施例中，所述光信號(hào)檢測(cè)檢測(cè)的光波段包括，如圖2所示的，可見光波段、紅色光波段與紫外光波段。

本發(fā)明實(shí)施例中，陣列光探測(cè)器作為光接收端，在相對(duì)應(yīng)光發(fā)送端中，存在電信號(hào)到光信號(hào)的一個(gè)轉(zhuǎn)換，因此在一定的電功率變化范圍內(nèi)，可以通過調(diào)制電信號(hào)來控制可見光的光強(qiáng)的變化來達(dá)到調(diào)制信號(hào)的目的。

目前的陣列光探測(cè)器主要包括：PD、APD和PMT陣列光探測(cè)器等。由于受限于現(xiàn)有光探測(cè)器自身帶寬的限制，可見光通信系統(tǒng)無法充分發(fā)揮其自身高帶寬的優(yōu)勢(shì)。另外一方面，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)的測(cè)試發(fā)現(xiàn)，光探測(cè)器響應(yīng)光功率的線性范圍很有限，容易進(jìn)入飽和區(qū)。

本發(fā)明實(shí)施例中，通過在陣列光探測(cè)器前端設(shè)置光衰減模塊，以此來提高陣列光探測(cè)器響應(yīng)光功率的線性范圍。所述光衰減模塊包括：可變系數(shù)衰減片，以及具有漸變孔徑尺寸或漸變微孔密度的微孔陣列板。

本發(fā)明實(shí)施例中，采用陣列光探測(cè)器可以有效提高系統(tǒng)的魯棒性和容量。陣列光探測(cè)器和單個(gè)光探測(cè)器一樣會(huì)遭遇環(huán)境強(qiáng)光干擾導(dǎo)致的飽和問題。采用光衰減模塊可以有效解決光飽和問題。為了進(jìn)一步提高整個(gè)通信系統(tǒng)的抗強(qiáng)光環(huán)境干擾問題，可以采用光衰減模塊來提高陣列探測(cè)器后級(jí)信號(hào)的多樣性，確保在不同強(qiáng)度的光強(qiáng)干擾下，都可以確保陣列探測(cè)器至少部分單元輸出帶有有用信息的信號(hào)，然后進(jìn)行后級(jí)檢測(cè)。例如，圖像傳感器就是一個(gè)天然的PD陣列探測(cè)器，同時(shí)現(xiàn)有基于傳感器的可見光通信的應(yīng)用場景很豐富，例如基于交通燈的駕駛輔助系統(tǒng)，隱式通信等。但是現(xiàn)有的基于傳感器的可見光通信系統(tǒng)受限于現(xiàn)有的攝像頭的幀速率限制，通信速率很有限。另外一方面，圖像傳感器受限于每個(gè)PD的響應(yīng)光功率能力以及其自身數(shù)字信號(hào)處理的量化灰度水平，使得現(xiàn)有圖像傳感器特別容易受到強(qiáng)光干擾。如果在圖像傳感器前端使用光衰減模塊，在不同強(qiáng)光環(huán)境下，可以獲得不同衰減系數(shù)下的圖片灰度數(shù)據(jù)，對(duì)被光衰減模塊覆蓋的圖像區(qū)域進(jìn)行提取和區(qū)域分割，根據(jù)光衰減模塊的衰減系數(shù)與圖像灰度的變化關(guān)系，設(shè)定不同的圖像灰度門限進(jìn)行信號(hào)提取，同時(shí)根據(jù)不同光衰減模塊的衰減系數(shù)下數(shù)據(jù)單元之間的相關(guān)關(guān)系進(jìn)行信號(hào)檢測(cè)分析，例如，根據(jù)不同衰減系數(shù)下的接收信號(hào)單元的強(qiáng)度分布以及信噪比空間規(guī)律分布，采用對(duì)應(yīng)的信號(hào)檢測(cè)和優(yōu)化方法來獲取有用的數(shù)據(jù)單元。

示例性的，如果設(shè)置可變系數(shù)衰減片來提高光探測(cè)器響應(yīng)光功率變化的線性區(qū)。假如一個(gè)衰減系數(shù)為α的可見光衰減片，那么它可以將該處光功率衰減到原來的1/α，如果借助可變系統(tǒng)可見光衰減片的輔助，那么可以保證在大范圍光功率變化范圍的情況下，陣列光探測(cè)器都可以檢測(cè)到信號(hào)的變化。因此，可以通過可變系數(shù)衰減片來提高光探測(cè)器響應(yīng)光功率變化的線性區(qū)?？勺兿禂?shù)衰減片包含了多個(gè)不同系數(shù)的衰減區(qū)域，例如梯度系數(shù)衰減片和線性系數(shù)可變衰減片等。如圖3所示，為梯度可變系數(shù)可見光衰減片的示意圖，梯度可變系數(shù)從左到右為0.1，0.2，0.3，0.4，0.5，0.8，1.0，2.0，3.0，4.0。

如圖4所示，通過借助可變系數(shù)衰減片作為輔助設(shè)備，采用圖像傳感器作為陣列探測(cè)器。實(shí)驗(yàn)過程中，將可變系數(shù)衰減片放在發(fā)送端或貼在圖像傳感器表面均可，為了保證每個(gè)不同衰減系數(shù)所接收到的光功率相同，本實(shí)驗(yàn)采用了均勻的平面燈，該平面燈的直流偏置為6.5V，圖4a～圖4c分別提供了在直流電壓為4.6V、6.1V和7.1V的情況下，平均灰度與衰減系數(shù)的變化關(guān)系。通過該圖可以發(fā)現(xiàn)，通過使用可變系數(shù)可見光衰減片，可以保證在不同強(qiáng)度的光信號(hào)下，圖像傳感器所捕獲的圖片單元中部分或全部輸出信號(hào)中帶有有用信息的信號(hào)。在光強(qiáng)足夠強(qiáng)的情況下，大多數(shù)不同系數(shù)衰減片下的輸出信號(hào)中都可以獲取有用信息；在光強(qiáng)較弱的情況下，少數(shù)系數(shù)衰減片下的輸出信號(hào)包含有用信息，其他衰減系數(shù)較大的衰減片下的輸出信號(hào)由于信噪比非常低，信號(hào)被淹沒在噪聲之中。

另外，光衰減模塊也可以利用具有漸變孔徑尺寸或漸變微孔密度的微孔陣列板來實(shí)現(xiàn)，如圖5所示，通過設(shè)計(jì)微孔孔徑大小與微孔密度的大小來改變透過微孔陣列板的光通量的大小，進(jìn)而可以模擬可變系數(shù)衰減片的功能。因此從功能上可以起到可變系數(shù)衰減片的效果，從而保證在不同強(qiáng)度的光信號(hào)下，都能從位于微孔陣列后的光探測(cè)器陣列輸出信號(hào)單元獲取有用信息。如圖6所示，光信號(hào)從LED光源(即光發(fā)送端)發(fā)出，可變密度的微孔陣列板可以讓可見光通信鏈路在很大范圍的環(huán)境光干擾下，其后端的陣列光探測(cè)器總有獨(dú)立的探測(cè)器單元能有效輸出信號(hào)。

此外，所述微孔陣列板的材質(zhì)可以為二氧化硅玻璃或者亞克力，表面涂覆有黑色亞光漆；單個(gè)微孔直徑可以在50微米與1毫米范圍之內(nèi)變化。

本發(fā)明實(shí)施例的上述方案，通過借助光衰減模塊的使用，可以有效提高光電檢測(cè)器響應(yīng)光功率的線性范圍，進(jìn)而提高發(fā)端信號(hào)的調(diào)制深度，從而提高通信系統(tǒng)的通信速率和可靠性；同時(shí)可以在強(qiáng)光干擾下，可以有效避免陣列信號(hào)的完全飽和，通過在探測(cè)器前端使用光衰減模塊，這樣就會(huì)保證陣列探測(cè)器單元中部分或全部單元輸出信號(hào)帶有有用信息的信號(hào)，進(jìn)行后級(jí)檢測(cè)，從而提高在強(qiáng)光干擾下寬光譜無線光通信的光環(huán)境適應(yīng)性和動(dòng)態(tài)魯棒性。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。