信号处理方法、光通信接收机、通信设备、介质和产品

技术领域

本申请涉及空间光通信技术领域，特别是涉及一种信号处理方法、光通信接收机、通信设备、介质和产品。

背景技术

因空间光通信具有通信速率高、功耗低、体积小和抗干扰能力强等特点，在卫星互联网、天地一体化网络、航空航天和空间探测等方面具有重大的应用价值。

但是，星地空间光通信的通信质量受天气状况和大气湍流的影响较为严重，其中，天气状况的影响本质上可视为对接收信号的衰减，大气湍流的影响主要体现为光通信接收机的接收功率出现大范围的瞬时波动。

相关技术中的信号处理方法和相应的光通信接收机应用在星地空间光通信场景下，可靠性较低。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够提高星地空间光通信可靠性的信号处理方法、光通信接收机、通信设备、介质和产品。

第一方面，本申请提供了一种信号处理方法，包括：

获取待解调的数字电信号，数字电信号是通过兼具光子计数模式和线性模式的光电探测器进行光电转换之后得到的；

根据数字电信号在各时隙的采样点幅度，得到各时隙对应的解调数据；

根据各时隙对应的解调数据，得到数字电信号对应的通信数据。

在其中一个实施例中，根据数字电信号在各时隙的采样点幅度，得到各时隙对应的解调数据，包括：

获取数字电信号在各时隙的采样点幅度；

分别对各时隙内的采样点幅度进行统计特征计算处理，得到各时隙对应的统计特征值；

若目标时隙对应的统计特征值大于统计阈值，则将第一解调数据确定为目标时隙对应的解调数据。

在其中一个实施例中，方法还包括：

若目标时隙对应的统计特征值小于或者等于统计阈值，则对目标时隙对应的数字电信号进行去卷积和峰值提取处理，得到目标时隙对应的多个信号峰值；

根据多个信号峰值，得到目标时隙对应的解调数据。

在其中一个实施例中，根据多个信号峰值，得到目标时隙对应的解调数据，包括：

对多个信号峰值进行幅度求和处理，得到目标时隙对应的峰值和值；

若峰值和值大于计数阈值，则将第一解调数据确定为目标时隙对应的解调数据；

若峰值和值小于或者等于计数阈值，则将第二解调数据确定为目标时隙对应的解调数据。

在其中一个实施例中，获取待解调的数字电信号，包括：

通过光学天线接收调制光信号；

通过兼具光子计数模式和线性模式的光电探测器对调制光信号进行光电转换处理，得到模拟电信号；

对模拟电信号按照预设采样率进行模数转换处理，得到数字电信号。

在其中一个实施例中，方法还包括：

获取预设采样率对应的有光时隙中光子数量和接收光功率之间的映射关系；

根据映射关系，确定光电探测器对应的线性最大光功率；

根据线性最大光功率对应的有光时隙对应的测试统计特征值，确定统计阈值。

在其中一个实施例中，数字电信号包括数据帧和数据帧对应的测试帧，测试帧中的各测试时隙均对应第二解调数据，方法还包括：

针对测试帧，对各测试时隙对应的数字电信号分别进行去卷积和峰值提取处理，得到测试帧对应的光子数均值；

根据测试帧对应的光子数均值，确定测试帧对应的数据帧的计数阈值。

第二方面，本申请还提供了一种光通信接收机，包括：

光电探测器，兼具光子计数模式和线性模式，用于将接收的调制光信号转换为模拟电信号；

信号处理模块，用于根据数字电信号在各时隙内的采样点幅度，得到各时隙对应的解调数据，并根据各时隙对应的解调数据，得到模拟电信号对应的通信数据，数字电信号是基于模拟电信号得到的。

在其中一个实施例中，光电探测器为串联型超导纳米线光子数分辨探测器。

第三方面，本申请还提供了一种通信设备，包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，处理器执行计算机程序时实现以下步骤：

获取待解调的数字电信号，数字电信号是通过兼具光子计数模式和线性模式的光电探测器进行光电转换之后得到的；

根据数字电信号在各时隙的采样点幅度，得到各时隙对应的解调数据；

根据各时隙对应的解调数据，得到数字电信号对应的通信数据。

第四方面，本申请还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：

获取待解调的数字电信号，数字电信号是通过兼具光子计数模式和线性模式的光电探测器进行光电转换之后得到的；

根据数字电信号在各时隙的采样点幅度，得到各时隙对应的解调数据；

根据各时隙对应的解调数据，得到数字电信号对应的通信数据。

第五方面，本申请还提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：

获取待解调的数字电信号，数字电信号是通过兼具光子计数模式和线性模式的光电探测器进行光电转换之后得到的；

根据数字电信号在各时隙的采样点幅度，得到各时隙对应的解调数据；

根据各时隙对应的解调数据，得到数字电信号对应的通信数据。

上述信号处理方法、光通信接收机、通信设备、介质和产品，通过获取待解调的数字电信号，该数字电信号是通过兼具光子计数模式和线性模式的光电探测器进行光电转换之后得到的；根据数字电信号在各时隙的采样点幅度，得到各时隙对应的解调数据，根据各时隙对应的解调数据，得到数字电信号对应的通信信号。其中，获取到的数字电信号是通过兼具光子计数模式和线性模式的光电探测器进行光电转换之后得到的，而不同天气状况引起的衰减差异是巨大的，且大气湍流的变化也是瞬时的，也就是说上述数字电信号中对应的两种工作模式之间无明显的界限。为了对上述数字电信号进行解调，上述方法按照时隙为单位对数字电信号对应的光电探测器的工作模式进行判断并进行信号解调，其中考虑到线性模式下一个时隙中对应的采样点幅度基本上相同的特性，上述方法基于数字信号在各时隙的采样点幅度，判断各时隙的工作模式，以得到各时隙对应的解调数据，进而得到数字电信号对应的通信数据；采用上述提供的信号处理方法和相应的光通信接收机能够提高星地空间光通信的可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或相关技术中的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为一个实施例中信号处理方法和相应的光通信接收机的应用环境图；

图2为一个实施例中信号处理方法的流程示意图；

图3为一个实施例中光电探测器输出信号的波形示意图；

图4为一个实施例中得到目标时隙对应的解调数据的流程示意图；

图5为另一个实施例得到目标时隙对应的解调数据的流程示意图；

图6为一个实施例中获取数字电信号的流程示意图；

图7为一个实施例中确定统计阈值的流程示意图；

图8为一个实施例中调制光信号对应的通信帧结构的示意图；

图9为一个实施例中确定计数阈值的流程示意图；

图10为另一个实施例中信号处理方法的流程示意图；

图11为一个实施例中信号处理装置的结构框图；

图12为一个实施例中光通信接收机的结构框图；

图13为一个实施例中计算机设备的内部结构图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

本申请实施例提供的信号处理方法和相应的光通信接收机，可以应用于如图1所示的应用环境中。其中，通信卫星102采用激光光束作为传输介质，通过空间中的大气与光通信接收机104进行通信。其中，通信卫星102使用光通信载荷将信息编码成光信号，作为接收端的光通信接收机104负责接收上述光信号，并将光信号恢复成通信数据。光通信接收机104对应的通信数据恢复流程一般包括：先通过光学天线接收调制光信号，再通过光电探测器将调制光信号转换成模拟电信号，然后将模拟电信号转换成数字电信号，对数字电信号进行解调处理，得到对应的通信信号。

在一个示例性的实施例中，如图2所示，提供了一种信号处理方法，以该方法应用于图1中的光通信接收机104为例进行说明，包括以下步骤202至步骤206。其中：

步骤202，获取待解调的数字电信号。其中，数字电信号是通过兼具光子计数模式和线性模式的光电探测器进行光电转换之后得到的。

其中，数字电信号指的是光通信接收机104先对接收到的调制光信号进行光电转换处理，得到模拟电信号，再对模拟电信号进行模数转换处理得到的数字电信号。示例性的，可以在光电转换处理之后，对得到的模拟电信号先进行放大处理，以及滤除额外的电噪声，以使得模拟电信号能够与模数转换处理模块对应的工作范围相适配。

本申请实施例中，对调制光信号进行光电转换处理是通过兼具光子计数模式和线性模式的光电探测器执行的。以下对本申请实施例中采用的兼具光子计数模式和线性模式的光电探测器的工作特性进行介绍，以便于理解本实施例提供的信号处理方法。其中，线性模式也可以称为线性探测模式或者线性工作模式。

请参考图3，为本实施例中采用的光电探测器在不同光强下的输出波形示意图。如图3所示，当衰减较大、信号光功率比较微弱时，光电探测器工作在光子计数模式下，输出波形表现为一个一个的脉冲信号，脉冲信号的幅度与探测到的光子数成正比，脉冲信号所处的时刻代表了光子的入射时刻。随着衰减减小、信号光功率逐渐增大，信息“1”对应的单位时隙内的脉冲信号数量逐渐增多，脉冲信号的幅度也逐渐增大。随着衰减进一步减小、信号光功率进一步增大，信息“1”对应的单位时隙内的脉冲信号会发生前后交叠。随着衰减再进一步减小、信号光功率再进一步增大，光电探测器完全进入线性模式，信息“1”对应的单位时隙内将产生大小基本恒定的高电平信号。随着衰减逐渐减小，信息“0”对应的单位时隙内的背景杂散光信号也会逐渐增加，因此会出现信息“0”对应的单位时隙内脉冲信号数量与幅度逐渐增加的现象。

其中，本实施例中以发送端发送的有光时隙代表信息“1”，无光时隙代表信息“0”。在一些其他的实施例中，发送端采用有光的时隙代表信息“0”，采用无光的时隙代表信息“1”。为了便于描述，本申请提供的实施例中以发送端发送的有光时隙代表信息“1”，无光时隙代表信息“0”为例进行方案说明。

其中，光子计数模式和线性模式之间是逐渐过渡的过程，二者模式的工作区间有交叠的部分，无明显的界限，并且实际星地通信时大气湍流造成的功率波动是瞬时的，很难采用将仅具有光子计数模式的光电探测器和仅具有线性模式的光电探测器进行组合的方式来实现星地通信。本申请实施例中，通过步骤204和步骤206所示的方法，对通过上述兼具光子计数模式和线性模式的光电探测器进行光电转换之后得到的数字电信号进行解调处理。

步骤204，根据数字电信号在各时隙的采样点幅度，得到各时隙对应的解调数据。

光电探测器的输出波形是模拟电信号，经由模数转换处理进行数字采样，得到数字电信号，其中，若光电探测器的工作模式为线性模式，光电探测器的输出波形在每个时隙产生大小基本恒定的电信号，即对该电信号进行模数转换之后得到的数字电信号在一个时隙中的各采样点幅度基本相同；若光电探测器的工作模式为光子计数模式，则一个时隙中的各采样点幅度应该存在不同值；如此，本实施例中根据数字电信号在各时隙的采样点幅度，确定光电探测器在各时隙对应的工作模式；同时，光子计数模式和线性模式之间是逐渐过渡的过程，且大气湍流造成的功率波动是瞬时的，因此，本实施例中以时隙为单位，逐个时隙根据采样点幅度判断工作模式，保证后续解调过程的准确性。在确定各时隙光电探测器对应的工作模式基础上，进而基于确定的工作模式和各时隙对应的数字电信号，得到各时隙对应的解调数据。

步骤206，根据各时隙对应的解调数据，得到数字电信号对应的通信数据。

其中，确定各时隙对应的解调数据之后，按照时隙的顺序输出，得到数字电信号对应的通信数据。

上述实施例提供的信号处理方法，通过获取待解调的数字电信号，该数字电信号是通过兼具光子计数模式和线性模式的光电探测器进行光电转换之后得到的；根据数字电信号在各时隙的采样点幅度，得到各时隙对应的解调数据，根据各时隙对应的解调数据，得到数字电信号对应的通信信号；其中，获取到的数字电信号是通过兼具光子计数模式和线性模式的光电探测器进行光电转换之后得到的，而不同天气状况引起的衰减差异巨大的，且大气湍流的变化也是瞬时的，也就是说上述数字电信号中对应的两种工作模式之间无明显的界限；为了对上述数字电信号进行解调，上述实施例按照时隙为单位对数字电信号对应的光电探测器的工作模式进行判断并进行信号解调，其中考虑到线性模式下一个时隙中对应的采样点幅度基本上相同的特性，本实施例基于数字信号在各时隙的采样点幅度，判断各时隙的工作模式，以得到各时隙对应的解调数据，进而得到数字电信号对应的通信数据；采用本实施例提供的信号处理方法和相应的光通信接收机能够提高星地空间光通信的可靠性。

在一个示例性的实施例中，请参考图4，基于图2所示的实施例，本实施例涉及的是如何根据数字电信号在各时隙的采样点幅度，得到各时隙对应的解调数据的过程。如图4所示，该过程包括步骤402-步骤406，其中：

步骤402，获取数字电信号在各时隙的采样点幅度。

其中，针对每个时隙，获取该时隙中数字电信号的各采样点幅度。示例性的，获取数字电信号的模数转换处理对应为一个时隙得到N个采样点，则获取每个时隙包括的N个采样点的幅度。

步骤404，分别对各时隙内的采样点幅度进行统计特征计算处理，得到各时隙对应的统计特征值。

在一种可能的实施方式中，针对每个时隙，对该时隙内的采样点幅度进行统计特征计算处理包括：对各采样点幅度进行均值计算处理或者求和计算处理，得到该时隙对应的采样点均值或者采样点和值。本实施方式中，采用均值计算或者求和计算作为统计特征计算处理的具体实施方式，计算速度较快，能够提高信号处理的效率。

在另一种可能的实施方式中，针对每个时隙，对该时隙内的采样点幅度进行统计特征计算处理包括：对各采样点幅度进行积分计算处理，得到该时隙对应的采样点积分值。本实施方式中，采用积分计算作为统计特征计算处理的具体实施方式，得到的统计特征精度较高，能够提高信号处理方法的精度。

步骤406，若目标时隙对应的统计特征值大于统计阈值，则将第一解调数据确定为目标时隙对应的解调数据。其中，目标时隙为各时隙中的任意一个时隙。

其中，在本申请的实施例中，第一解调数据为信息“1”，对应的时隙有光信号，第二解调数据为信息“0”，对应的时隙无光信号。在一些其他的实施例中，发送端采用有光的时隙代表信息“0”，采用无光的时隙代表信息“1”，则用第一解调数据对应信息“0”，第二解调数据对应信息“1”。

其中，结合图3，若目标时隙的探测模式为线性模式，则统计特征值比较大，对应目标时隙有光的概率极大，发送端发送的是信息“1”的概率可认为是100%；若目标时隙的探测模式为光子计数模式，无论发送端发送的是信息“0”还是“1”，则统计特征值都会相较于线性模式下对应的统计特征值小很多。如此，本实施例中预先设置统计阈值，将线性模式下的时隙识别出来，对应的发送信息判定为“1”。示例性的，统计阈值预先根据光通信接收机104的配置信息进行预先设定。

在一种可能的实施方式中，统计特征值为采样点均值时，对应的统计阈值为均值阈值；在另一种可能的实施方式中，统计特征值为采样点积分值时，对应的统计阈值为积分阈值。

需要说明的是，本申请实施例中的数字电信号基于兼具光子计数模式和线性模式的光电探测器获取的，与传统仅具有线性模式的光电探测器不同，在本申请中若目标时隙为衰减较大的有光时隙或者无光时隙时，光电探测器均有可能工作在光子计数模式下，故如果判断探测器工作在光子计数模式（即目标时隙对应的统计特征值小于或者等于统计阈值），均需要按照后续步骤408至步骤410进行解调处理。

在一个示例性的实施例中，如图4所示，根据数字电信号在各时隙的采样点幅度，得到各时隙对应的解调数据的过程还包括步骤408至步骤410，其中：

步骤408，若目标时隙对应的统计特征值小于或者等于统计阈值，则对目标时隙对应的数字电信号进行去卷积和峰值提取处理，得到目标时隙对应的多个信号峰值。

其中，在目标时隙对应的统计特征值小于或者等于统计阈值时，对目标时隙对应光子计数模式进行解调处理。

其中，对目标时隙对应的数字电信号进行去卷积和峰值提取处理，以提升对目标时隙对应的脉冲信号峰值处的信噪比，减少前后脉冲交叠对统计探测光子数的影响。

其中，去卷积处理可以恢复信号的丢失细节、提高信号的质量、复原被损坏的信号等；示例性的，去卷积处理可以采用逆滤波方法、Wiener滤波方法或者带约束的去卷积方法。

其中，在信号处理领域中，峰值通常表示具有较高幅度或值的局部最大值或极值点。峰值提取处理可以找出一组数据中的这些峰值点，并将它们从原始数据中分离出来，以便进一步分析、识别或特征提取；示例性的，峰值提取处理可以采用阈值法、导数法、移动窗口法、峰值拟合法或者基于统计方法的峰值检测。

步骤410，根据多个信号峰值，得到目标时隙对应的解调数据。

其中，在光子计数模式下，信号峰值能够表征该时隙中光子数量的多少。

在一种可能的实施方式中，根据信号峰值的数量，确定目标时隙对应的解调数据。

在一种可能的实施方式中，如图5所示，根据多个信号峰值，得到目标时隙对应的解调数据的过程包括步骤502至步骤506，其中：

步骤502，对多个信号峰值进行幅度求和处理，得到目标时隙对应的峰值和值。

其中，对多个信号峰值进行幅度求和处理得到的峰值和值能够反映目标时隙内探测光子数量的多少。

步骤504，若峰值和值大于计数阈值，则将第一解调数据确定为目标时隙对应的解调数据。

其中，若峰值和值大于计数阈值，则认为目标时隙内的探测光子数量较多，目标时隙有光信号的概率较大，故目标时隙对应的解调数据为第一解调数据。

步骤506，若峰值和值小于或者等于计数阈值，则将第二解调数据确定为目标时隙对应的解调数据。

其中，若峰值和值小于或者等于计数阈值，则认为目标时隙内的探测光子数量较小，目标时隙有光信号的概率较低，故目标时隙对应的解调数据为第二解调数据。

在一个示例性的实施例中，基于前述各实施例，请参考图6，本实施例提供的是如何获取数字电信号的过程。如图6所示，该过程包括步骤602至步骤606，其中：

步骤602，通过光学天线接收调制光信号。

步骤604，通过兼具光子计数模式和线性模式的光电探测器对调制光信号进行光电转换处理，得到模拟电信号。

步骤606，对模拟电信号按照预设采样率进行模数转换处理，得到数字电信号。

其中，预设采样率可以根据光通信接收机104的配置信息进行设置。在一种可能的实施方式中，预设采样率的设置过程如下：

使发送端交替发送信息“0”、信息“1”对应的测试光信号，保持模数转换模块的测试采样率不变，改变测试光信号对应的接收光功率，分别测量对应的接收光功率大小和光电探测器的输出波形以及模数转换处理之后得到的测试数字电信号，将各有光时隙对应的光子数量进行平均值计算，进而获取该测试采样率对应的有光时隙中光子数量与接收光功率的映射关系；改变模数转换模块的测试采样率，重复上述过程，得到不同测试采样率下，有光时隙中光子数量与接收光功率的映射关系；将有光时隙中光子数量与接收光功率的映射关系不再随采样率发生明显变化时对应的测试采样率作为预设采样率。

在另一种可能的实施方式中，使发送端直接发送全是信息“1”对应的测试光信号或者其他规律的测试光信号，其余设置方式与前述实施例一致。相较于这种实施方式，使发送端交替发送信息“0”、信息“1”对应的测试光信号，可以便于区分出各有光时隙，提高预设采样率设置的准确性。

示例性的，进行光子数量平均值计算的过程中可以先对测试数字电信号进行去卷积和峰值提取处理，以提高脉冲信号峰值处的信噪比，得到的光子数量平均值较为准确。

示例性的，在上述得到预设采样率的过程中，可以从小到大依次设置测试采样率的方式来执行上述过程。

在一个示例性的实施例中，请参考图7，提供的信号处理方法中还包括如何确定统计阈值的过程。如图7所示，该过程包括：

步骤702，获取预设采样率对应的有光时隙中光子数量和接收光功率之间的映射关系。

其中，信息“1”对应时隙（即有光时隙）探测到的光子数量随着接收光功率的增加而线性增加，此时光电探测器工作在光子计数模式下，直至达到该预设采样率对应的最大探测光子数量之后，光子数量会继续随着接收光功率的增加而继续增加，但不再和接收光功率保持线性关系，此时光电探测器进入线性模式。

示例性的，可以使发送端交替发送信息“0”、信息“1”对应的测试光信号，在预设采样率下，改变测试光信号对应的接收光功率的大小，以得到预设采样率对应的有光时隙中光子数量和接收光功率之间的映射关系。

步骤704，根据映射关系，确定光电探测器对应的线性最大光功率。

其中，线性最大光功率指的是在该预设采样率下，探测到的光子数量达到映射关系的线性区的最大数量时对应的接收光功率，也表征光通信接收机104中光电探测器在光子计数模式下的动态范围。

步骤706，根据线性最大光功率对应的有光时隙对应的测试统计特征值，确定统计阈值。

其中，在该预设采样率和接收光功率为线性最大光功率的情况下，获取测试光信号对应的信息“1”时隙的采样点幅度，并根据信息“1”时隙的采样点幅度进行统计特征计算处理，得到测试统计特征值，进而确定统计阈值。

在一种可能的实施方式中，根据各测试统计特征值进行均值处理，得到统计阈值。

上述实施例提供的信号处理方法中还包括根据预设采样率调整接收光功率的方式对光通信接收机104的光电探测能力进行提前标定，以获取合适的统计阈值，提高信号处理的准确性。

在一种示例性的实施例中，基于图5所示的实施例，请参考图8，本实施例中的数字电信号包括数据帧和数据帧对应的测试帧，其中测试帧中的各测试时隙均对应第二解调数据。

其中，图5所示的实施例中，根据计数阈值对光子计数模式下的目标时隙对应的数字电信号进行解调，其中的计数阈值与调制光信号生成时对应的消光比以及实际通信时的信道环境相关。

消光比决定通信发射端在发射信息“0”时泄露出的光信号有多少，消光比越高，泄露出的光信号越少；信道环境则会引入额外的杂散光背景噪声。消光比和信道环境的综合作用在光通信接收机104中体现为探测噪声，即在通信发射端发送信息“0”时，空间光通信机仍能产生响应脉冲信号，如图3中所示。考虑实际星地空间光通信场景中，信道背景光随天气、大气湍流、通信时间等因素的变化，本实施例中通过对通信帧结构的构建以对计数阈值进行动态估计与调整。如图8所示，本实施例中，通过在发送端发送实际通信数据之前，在每一个数据帧之前插入由N个“0”构成的测试帧，通过对测试帧的分析，来量化调制光信号生成时对应的消光比以及实际通信时的信道环境。

请参考图9，本实施例中提供的信号处理方法还包括步骤902和步骤904，其中：

步骤902，针对测试帧，对各测试时隙对应的数字电信号分别进行去卷积和峰值提取处理，得到测试帧对应的光子数均值。

其中，测试时隙指的是测试帧对应的各个时隙，与前述的目标时隙不同，在本实施例中，目标时隙指的是数据帧对应的各个时隙中的任意一个。

其中，测试帧对应的光子数均值指的是测试帧中各测试时隙对应的光子数之和与测试时隙数量的比值。

步骤904，根据测试帧对应的光子数均值，确定测试帧对应的数据帧的计数阈值。

示例性的，以光子数均值作为该数据帧的计数阈值。

对应的，在本实施例中，示例性的，根据各时隙对应的解调数据，得到数字电信号对应的通信数据的过程，包括：针对每个数据帧，根据数据帧对应的各时隙对应的解调数据，得到数据帧对应的通信数据；再根据各数据帧对应的通信数据，得到数字电信号对应的通信数据。

在本实施例中，每一个数据帧对应的计数阈值是通过该数据帧之前的测试帧进行动态估计确定的，提高光子计数模式下数据解调的准确性，进一步提高信号处理过程的可靠性。

在一个示例性的实施例中，请参考图10，提供一种信号处理方法，可以应用于图1所示的光通信接收机104中，该方法包括：

步骤1001，通过光学天线接收调制光信号。

步骤1002，通过兼具光子计数模式和线性模式的光电探测器对调制光信号进行光电转换处理，得到模拟电信号。

步骤1003，对模拟电信号按照预设采样率进行模数转换处理，得到数字电信号。

可选的，对模拟电信号按照预设采样率进行模数转换处理，得到数字电信号包括：对模拟电信号进行放大、去噪处理，得到待采样信号，对待采样信号按照预设采样率进行采样，得到数字电信号。

步骤1004，获取数字电信号在各时隙的采样点幅度。

步骤1005，分别对各时隙内的采样点幅度进行统计特征计算处理，得到各时隙对应的统计特征值。

步骤1006，若目标时隙对应的统计特征值大于统计阈值，则将第一解调数据确定为目标时隙对应的解调数据。

可选的，统计阈值的获取过程包括：获取预设采样率对应的有光时隙中光子数量和接收光功率之间的映射关系；根据映射关系，确定光电探测器对应的线性最大光功率；根据线性最大光功率对应的有光时隙对应的测试统计特征值，确定统计阈值。

步骤1007，若目标时隙对应的统计特征值小于或者等于统计阈值，则对目标时隙对应的数字电信号进行去卷积和峰值提取处理，得到目标时隙对应的多个信号峰值。

步骤1008，对多个信号峰值进行幅度求和处理，得到目标时隙对应的峰值和值。

步骤1009，若峰值和值大于计数阈值，则将第一解调数据确定为目标时隙对应的解调数据。

步骤1010，若峰值和值小于或者等于计数阈值，则将第二解调数据确定为目标时隙对应的解调数据。

可选的，数字电信号包括数据帧和数据帧对应的测试帧，测试帧中的各测试时隙均对应第二解调数据；计数阈值的获取过程包括：针对测试帧，对各测试时隙对应的数字电信号分别进行去卷积和峰值提取处理，得到测试帧对应的光子数均值；根据测试帧对应的光子数均值，确定测试帧对应的数据帧的计数阈值。

应该理解的是，虽然如上所述的各实施例所涉及的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，如上所述的各实施例所涉及的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

基于同样的发明构思，本申请实施例还提供了一种用于实现上述所涉及的信号处理方法的信号处理装置。该装置所提供的解决问题的实现方案与上述方法中所记载的实现方案相似，故下面所提供的一个或多个信号处理装置实施例中的具体限定可以参见上文中对于信号处理方法的限定，在此不再赘述。

在一个示例性的实施例中，如图11所示，提供了一种信号处理装置，包括：信号获取模块1102、时隙解调模块1104和数据确定模块1106，其中：

信号获取模块1102，用于获取待解调的数字电信号，数字电信号是通过兼具光子计数模式和线性模式的光电探测器进行光电转换之后得到的。

时隙解调模块1104，用于根据数字电信号在各时隙的采样点幅度，得到各时隙对应的解调数据。

数据确定模块1106，用于根据各时隙对应的解调数据，得到数字电信号对应的通信数据。

在一个示例性的实施例中，时隙解调模块1104具体用于获取数字电信号在各时隙的采样点幅度，分别对各时隙内的采样点幅度进行统计特征计算处理，得到各时隙对应的统计特征值，若目标时隙对应的统计特征值大于统计阈值，则将第一解调数据确定为目标时隙对应的解调数据。

在一个示例性的实施例中，时隙解调模块1104具体用于若目标时隙对应的统计特征值小于或者等于统计阈值，则对目标时隙对应的数字电信号进行去卷积和峰值提取处理，得到目标时隙对应的多个信号峰值，根据多个信号峰值，得到目标时隙对应的解调数据。

在一个示例性的实施例中，时隙解调模块1104具体用于对多个信号峰值进行幅度求和处理，得到目标时隙对应的峰值和值，若峰值和值大于计数阈值，则将第一解调数据确定为目标时隙对应的解调数据，若峰值和值小于或者等于计数阈值，则将第二解调数据确定为目标时隙对应的解调数据。

在一个示例性的实施例中，信号获取模块1102具体用于通过光学天线接收调制光信号；通过兼具光子计数模式和线性模式的光电探测器对调制光信号进行光电转换处理，得到模拟电信号；对模拟电信号按照预设采样率进行模数转换处理，得到数字电信号。

在一个示例性的实施例中，信号处理装置还包括：统计阈值确定模块，用于获取预设采样率对应的有光时隙中光子数量和接收光功率之间的映射关系，根据映射关系，确定光电探测器对应的线性最大光功率，根据线性最大光功率对应的有光时隙对应的测试统计特征值，确定统计阈值。

在一个示例性的实施例中，数字电信号包括数据帧和数据帧对应的测试帧，测试帧中的各测试时隙均对应第二解调数据；信号处理装置还包括：计数阈值确定模块，用于针对测试帧，对各测试时隙对应的数字电信号分别进行去卷积和峰值提取处理，得到测试帧对应的光子数均值，根据测试帧对应的光子数均值，确定测试帧对应的数据帧的计数阈值。

上述信号处理装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。

在一个示例性的实施例中，请参考图12，提供了一种光通信接收机，包括：

光电探测器1202，兼具光子计数模式和线性模式，用于将接收的调制光信号转换为模拟电信号。

其中，当衰减较大、入射光功率比较微弱时，光电探测器1202工作在光子计数模式下，可对入射光子进行分辨与探测，具备较高的灵敏度；随着衰减减小、入射光功率的增大，光电探测器1202将自动转换为线性模式，使其在较大光功率时同样能够正常工作，进而使光通信接收机在入射光功率较小与较大时均能正常工作，具备较大的动态范围。

信号处理模块1205，用于根据数字电信号在各时隙内的采样点幅度，得到各时隙对应的解调数据，并根据各时隙对应的解调数据，得到模拟电信号对应的通信数据。其中，该数字电信号是基于模拟电信号得到的。

信号处理模块1205可以根据光电探测器1202不同模式下输出信号的特点进行信号解调处理，恢复所接收的信息。

其中，光通信接收机还包括光学天线1201和模数转换模块1204。

光学天线1201用于接收和汇聚通信发射端发出的调制光信号，并滤除调制光信号在自由空间信道中传输时的背景杂散光信号。示例性的，光学天线1201与光电探测器1202可以采用空间耦合的方式连接。又示例性的，光学天线1201与光电探测器1202可以采用光纤耦合的方式连接。

模数转换模块1204用于将模拟电信号按照预设采样率转换成数字电信号。

上述实施例提供的光通信接收机，采用了兼具光子计数模式和线性模式的光电探测器1202，使得光通信接收机具备单光子灵敏度以及超大动态范围，以应对不同天气状况以及大气湍流的影响；同时设计的信号处理模块1205可以根据光电探测器1202不同模式下输出信号的特点进行信号解调处理，恢复所接收的信息，助力全天候星地空间光通信的实现。

在一个示例性的实施例中，如图12所示，光通信接收机还包括信号调理模块1203，用于放大光电探测器1202的输出信号以及滤除额外的电噪音，使得探模拟电信号能够和模数转换模块的工作范围相适配。

在一个示例性的实施例中，光电探测器为串联型超导纳米线光子数分辨探测器。

其中，串联型超导纳米线光子数分辨探测器是基于超导纳米线单光子探测器的一种结构，可以解决单个超导纳米线单光子探测器不具备光子数分辨能力的问题。串联型超导纳米线光子数分辨探测器由探测光子的超导纳米线和与其并联的电阻构成基本单元，再由若干个基本单元串联构成整个器件，基本单元的数量决定了其能够分辨的最大光子数量。此外，超导纳米线的常开工作模式以及并联电阻引入的负反馈作用使得串联型超导纳米线光子数分辨探测器在响应光子后的恢复过程中仍可以继续产生新的响应脉冲，但对应的探测效率会根据恢复过程不同而变化；刚开始恢复时，探测效率较低，需要更多的光子才能产生新的响应脉冲，恢复快完成时，探测效率基本达到最大值，仅需少量光子即可产生新的响应脉冲。根据泊松分布，当入射光强较弱，即光子数量大概率小于或等于器件基本单元的数量时，器件可根据响应脉冲的幅度大小实现对入射光子数量的分辨，且在器件响应光子后的恢复过程中，入射光子的数量再次触发器件产生新响应脉冲的概率较低，因此在器件恢复时基本不会再次触发产生新的脉冲信号，器件处于光子计数模式。当入射光强较强，即光子数量大概率多于器件基本单元的数量时，器件所有基本单元均同时响应后，器件进入恢复过程，但器件恢复时仍有较多光子入射，导致器件再次触发产生新的响应脉冲，进而发生前后脉冲混叠，且光强越强，再次触发产生的新响应脉冲距离前一次响应脉冲的距离越近，进而在宏观上体现为线性工作模式，实现两种工作模式间的自动切换。

在一个示例性的实施例中，信号处理模块1205具体用于获取数字电信号在各时隙的采样点幅度，分别对各时隙内的采样点幅度进行统计特征计算处理，得到各时隙对应的统计特征值，若目标时隙对应的统计特征值大于统计阈值，则将第一解调数据确定为目标时隙对应的解调数据。

在一个示例性的实施例中，信号处理模块1205具体用于若目标时隙对应的统计特征值小于或者等于统计阈值，则对目标时隙对应的数字电信号进行去卷积和峰值提取处理，得到目标时隙对应的多个信号峰值；根据多个信号峰值，得到目标时隙对应的解调数据。

在一个示例性的实施例中，信号处理模块1205具体用于对多个信号峰值进行幅度求和处理，得到目标时隙对应的峰值和值；若峰值和值大于计数阈值，则将第一解调数据确定为目标时隙对应的解调数据；若峰值和值小于或者等于计数阈值，则将第二解调数据确定为目标时隙对应的解调数据。

在一个示例性的实施例中，信号处理模块1205还用于在测试光信号对应交替的第一解调数据和第二解调数据的情况下，获取预设采样率对应的有光时隙中光子数量和接收光功率之间的映射关系；根据映射关系，确定光电探测器对应的线性最大光功率；根据线性最大光功率对应的有光时隙对应的测试统计特征值，确定统计阈值。

在一个示例性的实施例中，数字电信号包括数据帧和数据帧对应的测试帧，测试帧中的各测试时隙均对应第二解调数据，信号处理模块1205还用于针对测试帧，对各测试时隙对应的数字电信号分别进行去卷积和峰值提取处理，得到测试帧对应的光子数均值，根据测试帧对应的光子数均值，确定测试帧对应的数据帧的计数阈值。

在一个示例性的实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是星地空间光通信设备，其内部结构图可以如图13所示。该计算机设备包括处理器、存储器、输入/输出接口(Input/Output，简称I/O）和通信接口。其中，处理器、存储器和输入/输出接口通过系统总线连接，通信接口通过输入/输出接口连接到系统总线。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质和内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统、计算机程序和数据库。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的数据库用于存储信号处理方法执行时需要调用的数据。该计算机设备的输入/输出接口用于处理器与外部设备之间交换信息。该计算机设备的通信接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种信号处理方法。

本领域技术人员可以理解，图13中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。

在一个实施例中，还提供了一种通信设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现上述各方法实施例中的步骤。

在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述各方法实施例中的步骤。

在一个实施例中，提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述各方法实施例中的步骤。

需要说明的是，本申请所涉及的用户信息（包括但不限于用户设备信息、用户个人信息等）和数据（包括但不限于用于分析的数据、存储的数据、展示的数据等），均为经用户授权或者经过各方充分授权的信息和数据，且相关数据的收集、使用和处理需要符合相关规定。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器（Read-OnlyMemory，ROM）、磁带、软盘、闪存、光存储器、高密度嵌入式非易失性存储器、阻变存储器（ReRAM）、磁变存储器（Magnetoresistive Random Access Memory，MRAM）、铁电存储器（Ferroelectric Random Access Memory，FRAM）、相变存储器（Phase Change Memory，PCM）、石墨烯存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器（Random Access Memory，RAM）或外部高速缓冲存储器等。作为说明而非局限，RAM可以是多种形式，比如静态随机存取存储器（Static Random Access Memory，SRAM）或动态随机存取存储器（Dynamic RandomAccess Memory，DRAM）等。本申请所提供的各实施例中所涉及的数据库可包括关系型数据库和非关系型数据库中至少一种。非关系型数据库可包括基于区块链的分布式数据库等，不限于此。本申请所提供的各实施例中所涉及的处理器可为通用处理器、中央处理器、图形处理器、数字信号处理器、可编程逻辑器、基于量子计算的数据处理逻辑器等，不限于此。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。