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

背景技術(shù)：

可見光技術(shù)是一種采用可見光作為光源，以光探測器(PD、APD、PMT等)作為接收端和大氣作為信道，將發(fā)送信號調(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，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，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。另外一方面，現(xiàn)有可見光通信調(diào)制技術(shù)大多是基于強度維度上，大多數(shù)光電檢測器在強光干擾的環(huán)境下，容易飽和，這對于光探測器接收信號以及后級信號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重要分支，光學(xué)攝像頭通信(OCC)經(jīng)常會受到環(huán)境中的強光干擾。

鑒于此，有必要針對強光干擾下的光信號檢測方案進(jìn)行深入研究，以提高光通信的光環(huán)境適應(yīng)性和動態(tài)魯棒性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

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

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一種強光干擾下的光信號檢測方法，包括：

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

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

所述光信號檢測檢測的光波段包括：可見光波段、紅色光波段與紫外光波段。

所述陣列光探測器包括：PD、APD和PMT陣列光探測器。

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；單個微孔直徑在50微米與1毫米范圍之內(nèi)變化。

所述后級處理包括：

如果陣列光探測器為PD陣列光探測器，則對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)行信號提取，同時根據(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)行信號檢測分析，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器響應(yīng)光功率的線性范圍，進(jìn)而提高發(fā)端信號的調(diào)制深度，從而提高通信系統(tǒng)的通信速率和可靠性；同時可以在強光干擾下，可以有效避免陣列信號的完全飽和，通過在探測器前端使用光衰減模塊，這樣就會保證陣列探測器單元中部分或全部單元輸出信號帶有有用信息的信號，進(jìn)行后級檢測，從而提高在強光干擾下寬光譜無線光通信的光環(huán)境適應(yīng)性和動態(tài)魯棒性。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術(shù)方案，下面將對實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)明的一些實施例，對于本領(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)明實施例提供的一種強光干擾下的光信號檢測方法的流程圖；

圖2為本發(fā)明實施例提供的光譜波長分布示意圖；

圖3為本發(fā)明實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)明實施例提供的采用梯度可變系數(shù)衰減片作為輔助器件，測量在發(fā)端信號電壓一定的情況下，圖像灰度值和衰減系數(shù)的關(guān)系示意圖；

圖5為本發(fā)明實施例提供的微孔陣列板的示意圖；

圖6為本發(fā)明實施例提供的基于微孔陣列板的光通信過程示意圖。

具體實施方式

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

本發(fā)明實施例提供一種強光干擾下的光信號檢測方法，如圖1所示，其主要包括：

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

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

本發(fā)明實施例中，所述光信號檢測檢測的光波段包括，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)明實施例中，陣列光探測器作為光接收端，在相對應(yīng)光發(fā)送端中，存在電信號到光信號的一個轉(zhuǎn)換，因此在一定的電功率變化范圍內(nèi)，可以通過調(diào)制電信號來控制可見光的光強的變化來達(dá)到調(diào)制信號的目的。

目前的陣列光探測器主要包括：PD、APD和PMT陣列光探測器等。由于受限于現(xiàn)有光探測器自身帶寬的限制，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。另外一方面，經(jīng)過實驗的測試發(fā)現(xiàn)，光探測器響應(yīng)光功率的線性范圍很有限，容易進(jìn)入飽和區(qū)。

本發(fā)明實施例中，通過在陣列光探測器前端設(shè)置光衰減模塊，以此來提高陣列光探測器響應(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)明實施例中，采用陣列光探測器可以有效提高系統(tǒng)的魯棒性和容量。陣列光探測器和單個光探測器一樣會遭遇環(huán)境強光干擾導(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)一步提高整個通信系統(tǒng)的抗強光環(huán)境干擾問題，可以采用光衰減模塊來提高陣列探測器后級信號的多樣性，確保在不同強度的光強干擾下，都可以確保陣列探測器至少部分單元輸出帶有有用信息的信號，然后進(jìn)行后級檢測。例如，圖像傳感器就是一個天然的PD陣列探測器，同時現(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PD的響應(yīng)光功率能力以及其自身數(shù)字信號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光干擾。如果在圖像傳感器前端使用光衰減模塊，在不同強光環(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)行信號提取，同時根據(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)行信號檢測分析，例如，根據(jù)不同衰減系數(shù)下的接收信號單元的強度分布以及信噪比空間規(guī)律分布，采用對應(yīng)的信號檢測和優(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器響應(yīng)光功率變化的線性區(qū)。假如一個衰減系數(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，陣列光探測器都可以檢測到信號的變化。因此，可以通過可變系數(shù)衰減片來提高光探測器響應(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器。實驗過程中，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，為了保證每個不同衰減系數(shù)所接收到的光功率相同，本實驗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，可以保證在不同強度的光信號下，圖像傳感器所捕獲的圖片單元中部分或全部輸出信號中帶有有用信息的信號。在光強足夠強的情況下，大多數(shù)不同系數(shù)衰減片下的輸出信號中都可以獲取有用信息；在光強較弱的情況下，少數(shù)系數(shù)衰減片下的輸出信號包含有用信息，其他衰減系數(shù)較大的衰減片下的輸出信號由于信噪比非常低，信號被淹沒在噪聲之中。

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現(xiàn)，如圖5所示，通過設(shè)計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，從而保證在不同強度的光信號下，都能從位于微孔陣列后的光探測器陣列輸出信號單元獲取有用信息。如圖6所示，光信號從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器總有獨立的探測器單元能有效輸出信號。

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器響應(yīng)光功率的線性范圍，進(jìn)而提高發(fā)端信號的調(diào)制深度，從而提高通信系統(tǒng)的通信速率和可靠性；同時可以在強光干擾下，可以有效避免陣列信號的完全飽和，通過在探測器前端使用光衰減模塊，這樣就會保證陣列探測器單元中部分或全部單元輸出信號帶有有用信息的信號，進(jìn)行后級檢測，從而提高在強光干擾下寬光譜無線光通信的光環(huán)境適應(yīng)性和動態(tài)魯棒性。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式，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)。