3 接收机噪声的分析及抑制方法

　　光接收机是光通信系统中必不可少的组成部分，它的性能好坏是整个光通信系统性能的综合反映，主要包含光检测器和放大器，其作用就是将接收到的微弱信号转换成电信号，随后放大。绝大多数探测器都是利用半导体的各种效应将辐射能转变为电信号，半导体中载流子的浓度起伏和运动起伏使探测器产生噪声；放大器中使用的电子器件多数是由半导体制成的，将产生放大器噪声。这些噪声的大小直接影响着对光信号的探测能力，对噪声进行分析研究，最大限度地消除噪声，提高设备的信噪比。

a) 光电探测器的噪声分析与抑制

　　光电探测器是一种通过将光辐射信号转变为电信号的光学器件，其原理是基于光辐射与物质的相互作用所产生的光电效应。在完成光电转换过程中，不仅给出表征被测对象的有用信号，同时伴随着无用的噪声信号。这些噪声有热噪声、散粒噪声、半导体中产生的复合噪声、温度噪声和闪烁(或1/f)噪声等，主要噪声来源是热噪声和散粒噪声，其中热噪声对探测能力影响最大。

　　在导电性中由于电子的无规则热运动产生的噪声称为热噪声。纯电阻的热噪声电压均方值为： 
                                   （2）

　　式中k为波耳兹曼常数；T为热力学温度；R为产生热噪声的电阻阻值；Δf为光电器件工作的通频带。相应的热噪声电流均方值为：

                                    （3）

　　由公式（1）和（2）可以看出影响探测噪声的因素为温度T和检测电路的带宽，所以我们可以通过降低探测器工作温度和检测电路带宽，来增加探测器的探测性能和系统的信噪比。探测器应在低温下工作，尽量避免选用大阻值的电阻，同时工作带宽尽可能窄，只维持通过信号特征所必须的带宽。

b) 放大器的噪声分析与抑制[8]

　　因为放大器由有源和无源器件组成，他们是新的噪声源，放大器不但把信号和噪声放大，同时也将混进放大器本身带来的新的噪声，使输出信噪比降低，严重时甚至可能达到噪声把有用信号淹没的恶劣程度，以至无法检测到有用信号。所以，设计放大电路的时候，一方面要把信号放大到足够大以便后面的处理，另一方面要将放大器本身的噪声降低到最小程度。对于微弱光电信号前置放大器，由于信号小，输入信噪比甚低，所以需要采用低噪声放大器。低噪声放大器的设计应考虑噪声水平和放大器的增益及带宽。

　　为了减小系统的外部噪声，光电检测电路必须用金属外壳来屏蔽外界电磁干扰，同时外壳接地。要防止电路板上电源线对反馈环路和输入端漏电，产生噪声或漂移。光电二极管输出端到放大器的引线距离要尽量短，并且引线尽量对称，保证阻抗基本匹配。放大器输入输出要避免交叉布线，防止相互耦合。

　　光电检测电路采用电流放大型，光电二极管采取无偏压的工作方式，这样减小了光电二极管的暗电流，提高了检测的精度。电路的反馈电阻Rf在满足通频带宽度和输出信号范围的情况下应尽可能大，这样会增大输出信噪比，也提高了电路的信号放大倍数。可以用两片低噪声放大器OP07为核心，来设计两级低噪声前置放大器。

　　此外，可以使用锁相放大器技术来进行大噪声下的信号处理，它利用待测信号和参考信号的互相关检测原理实现对信号的窄带化处理，能有效地抑制噪声，实现对信号的检测和跟踪。它具有输出稳定性、强有力滤除噪声的能力以及能将深埋在噪声中的微弱信号提取出来并加以放大的优良特性。

4 背景光干扰的分析及抑制方法

　　任何温度在绝对零度之上的物体均认为是背景辐射源。对于一个工作在特定波长的空间光通信系统，由于使用的探测器不同，背景光干扰主要来自探测器敏感的波长范围。背景辐射源主要来自太阳，包括天空中的悬浮粒子、尘埃对阳光的散射，地面物体对阳光的反射以及高能灯光等。光接收机除接收到信号光辐射外，还将接收到落在探测空间和探测频率范围内的背景光辐射，对背景光的抑制是十分必要的。

　　背景光的影响有：背景光很强时会引起探测器的饱和（即超过正常工作范围），严重时甚至于使探测器损坏；背景光电流引起的散粒噪声使探测器灵敏度降低。

　影响光通信系统背景光噪声的人为因素有：接收视场角和天线口径。较大的视场角有利于捕获目标，但增加了接收到的背景光，所以应该减小视场角来抑制背景光干扰；天线口径不但影响信号光接收的多少，也和背景光的大小有关，应在满足通信系统要求的前提下，适当选择天线口径，以降低成本的同时减少背景光的干扰。

　　可采用以下方法消除背景光：在光学镜头上加滤光片。合适的滤光片可以消除大部分背景光而不影响有用信号光的接收，窄带滤光片的成本很高，而且也不能完全消除背景光；为了尽可能的减小背景光的干扰，可以把接收屏放置在暗箱里，制造暗箱不仅可以因地制宜、方便快捷、节省经费、而且能较好的消除背景光；气温低时的背景噪声比气温高时的背景噪声小，可使红外测量设备气温低时工作。

5 结论

　　目前，对于空间光通信技术的研究，国内外都进行了一系列的探索。从开始的概念研究、关键技术的研究、实验系统的研究，目前正在向实用化进展。上述对FSO中干扰和噪声进行了较为全面的分析，并给出了相应的解决方法。在做FSO实验时，合理选用相应的解决方法可以更好的抑制干扰和噪声，提高测量精度，具有实际意义。