相干光接收机时钟恢复算法的FPGA实现

低轨小卫星在进行相干激光通信时,需要实时解决发射端与相干光接收机之间存在的时钟偏差问题。分析了时钟偏差对相干光接收机性能的影响,设计了一种基于Gardner算法的并行化时钟恢复反馈环路来对时钟的偏差进行纠正,对各组成部分的原理进行了说明,并在现场可编程逻辑门阵列FPGA上实现了该算法,将 5 GSa/s 的采样信号在 FPGA中以 156.25 MHz 主频,分为并行 32 路完成时钟同步处理,且实时时钟同步算法仅占用 FPGA 的 590 个自适应逻辑块和4 个乘法器单元。同时,采用自研的集成化相干光通信模块,演示了 10 Gb/s 偏振复用正交相移键控 PM-QPSK 相干光通信系统实验。实验结果证明该方案能稳定地补偿本地采样时钟的频率和相位偏移带来的采样定时误差。以 7%开销硬判决前向纠错码 HD-FEC（Hard Decision Forward Error Correction）为门限,系统的灵敏度优于–51 dBm。     

具有栅瓣抑制功能的非等间距光学相控阵芯片研究

光学相控阵(optical phased array, OPA)作为一种激光扫描技术,具有扫描速度快、精度高、损耗小和易于集成化等优点,在光通信、无人驾驶、激光雷达和航空航天等领域具有广泛的应用前景。为了抑制旁瓣的产生,要求工作波长大于OPA的阵元间距,导致远场主瓣附近必然产生栅瓣,降低OPA扫描精度和扫描范围。提出了一种具有栅瓣抑制功能的非等间距OPA芯片,可实现宽视场、高精度的光斑偏转效果。采用遗传算法优化64路非等间距OPA阵元间距,得到最低栅瓣的阵元分布,实现最佳的栅瓣抑制效果。实验结果表明,在1500～1600 nm波长范围内,优化后波导最小间距为2.2μm,最大间距为11.4μm,芯片远场光斑可实现20°×10°的二维扫描角度,且对旁瓣的抑制作用显著。     

多径条件下阵列互耦自校正算法研究

在实际的阵列中,阵元间的互耦和相干信源的存在都会使得大多数高分辨的DOA估计算法的性能严重下降,甚至完全失效.针对这一问题,在应用子空间原理的基础上,利用均匀线阵互耦矩阵的带状循环特性及对称Toeplitz性,并结合前后向空间平滑算法,提出了一种阵元互耦条件下的相干信源的波达方向估计新算法.该算法无需阵元的互耦参数信息,就可准确地估计出相干信源的DOA,估计性能优良,且只需一维搜索,计算量较小.仿真结果验证了该算法的有效性.     

相关噪声背景下相干信源DOA估计算法研究

根据信号和噪声的非圆对称特性,利用除第一个阵元外的其它阵元接收数据的共轭信息,对原阵列进行有效地扩展,提出了一种相关噪声背景下相干信源波达方向（DOA）估计的新算法。由于对阵列进行了虚拟扩展并运用斜投影算法将非相干信源与相干信源分开分辨,因此该算法具有很强的信源过载能力及阵元节省能力,在一定程度上提高了空间分辨率DOA估计的性能,并可对消空间具有非圆对称性的相关噪声,适用于低信噪比环境。仿真结果证明了算法理论的正确性和有效性。