自由空间紫外光通信系统中LED光传输模型研究

自由空间大气是紫外光通信的信道,光在大气中的传输特性直接决定了通信的质量。研究紫外LED光辐射的大气传输特性,以辐射传输理论为基础,分析了Bouguer定律的缺陷,并提出了修正方案;在单次散射原理基础上对大气中直射和斜射散射光传输特性进行了详细推导,结合LED配光曲线得出紫外LED光的大气传输解析模型。研究结果为紫外自由空间光通信系统的设计提供参考。     

恶劣环境下大气信道激光通信传输特性研究

针对大气激光通信在复杂环境下的衰减比较严重,已有的大气衰减模型存在计算误差大的问题,研究了激光大气传输效应,分析大气通信信道特性。根据雨雾共存环境特性,修正已有的大气衰减模型,给出适用于复杂环境下的大气衰减计算模型。利用大气衰减模型,仿真分析无线光通信系统的链路余量。结果表明,计算链路余量时,采用已有的计算模型误差较大,采用修正的计算模型误差较小。     

电磁拉盖尔-高斯光束通过湍流时偏振度研究

基于相干性和偏振性统一理论,经理论推导,得出部分相干电磁拉盖尔-高斯光束在湍流中传输时偏振度的解析表达式.经数值计算,结果表明:在湍流中,当源偏振度(P0)、结构常数C2n、相干长度和光束阶数不同时,经过足够长传输距离,部分相干电磁拉盖尔-高斯光束的偏振度逐渐趋向于P0,而在自由空间中,该光束的偏振度达到其各自不同的极限值;当δx=δy时,不论在自由空间中还是在湍流中,光束的偏振度都不改变.此结论对部分相干光的大气传输在激光雷达成像以及远距离相干测量和光通信等领域有实用意义.     

外差探测系统波前校正实验研究

湍流效应是限制相干光通信系统性能最重要的影响因素。使用夏克-哈特曼波前传感器、变形镜和波前控制器组成自由空间相干光通信波前校正系统,对光波经过大气湍流后的畸变波前进行实时校正,其大气湍流是用基于修正Hill谱生成的不同强度随机相位屏模拟的。实验结果表明,波前校正系统实现闭环后的波前误差峰谷值(PV)小于0.8μm,均方根值(RMS)小于0.05μm,斯特列尔比(SR)大于0.8。若将以上波前校正系统应用到相干光通信系统中可使误码率可以降低到10~(-12)数量级,提高了系统的通信性能。这将为自由空间光外差探测系统搭建实际链路提供了可靠数据参考。     

Log-normal湍流信道中超奈奎斯特传输系统的误码性能

超奈奎斯特传输理论与调制技术相结合,可有效提高系统的频谱效率。本文将超奈奎斯特理论引入大气激光通信系统,构建了一种适合于log-normal湍流信道的超奈奎斯特光传输系统,推导了QPSK调制方式下超奈奎斯特大气光传输系统平均误码率的表达式,利用蒙特卡洛仿真进一步分析了该系统的误码性能及频谱效率。结果表明:采用超奈奎斯特技术方案可以较大幅度提升大气光传输系统的频谱效率,当SNR为18 dB,S.I.为0.4时其频谱效率可以达到1.7 Baud/Hz,而未采用超奈奎斯特技术时只有1.56 Baud/Hz。另一方面,大气湍流对超奈奎斯特系统误码性能的影响较明显,当S.I.为0.4,BER为3.8×10^-3时,信噪比恶化了约1 dB。相对于频谱效率的提升,误码性能的恶化是能够接受的。因此,可以将FTN技术引入大气光传输系统来提高系统的频谱效率。     

一种改进的高速可见光通信系统信道均衡算法

衡量光通信系统的性能指标有可靠性和有效性,码间干扰是影响通信系统性能的一个重要因素,信道均衡能有效地克服信息在光通信系统传输中的多径干扰和消除码间干扰,是高速可见光通信的关键技术之一.本文研究了一种基于OFDM的高速可见光通信系统的信道均衡算法,仿真结果表明,该算法与传统算法相比降低了最小均方误差值和误码率,从而提高了光通信系统收发信号的性能.     

基于CNN-SPGD算法的相干光通信像差校正方法研究

为了降低大气湍流对自由空间光通信系统传输性能的影响,建立了一套自适应光学校正系统来校正高阶像差.对该系统的混频效率,误码率和迭代次数等参数进行研究.首先,将图像的Zernike系数划分为8个大类,256个小类,通过CNN模型预测输入光斑的大类.对于每一小类的像差,取每一阶系数范围的中点作为标准点形成一个标准Zernik...     

室内可见光通信中的分数间隔均衡技术

研究了室内可见光通信系统分数间隔均衡技术,以降低码间干扰对该通信系统性能的影响。针对室内可见光通信系统的传输特点和信号调制特性,建立了室内可见光通信链路模型;在此基础上,提出了分数间隔均衡方法,并利用最小均方误差准则优化设计均衡器。最后,通过计算机仿真,对提出的分数间隔均衡方法进行了性能评估。实验结果表明,相同误码率条件下,T/2分数间隔均衡器比符号间隔均衡器的性能优1~2 dB,能够更有效地抑制由信道多径效应等引起的码间干扰,提高信号传输的可靠性。     

基于大气光通信偏振PPM的误码率研究

大气光通信误码特性的研究是激光通信系统开发和应用中的关键问题。为了减小在大气光通信PPM调制过程中引起的误码率,提出了一种基于空间光偏振的PPM调制方式。在该调制方式中,信道噪声和探测器噪声是影响误码率的主要因素。利用信道噪声和探测器噪声的特点,本文讨论了探测门限判决和信道偏振角度解调对自由空间光通信系统性能的影响,建立了系统误码率的数学模型,并进行数值仿真。仿真结果表明,当信噪比为0～20 dB时,探测门限判决引起的系统误码率随着信噪比的增大由10°下降到10~(-7),门限阈值为1/2时误码率最低;当探测器噪声功率为10～-20 dBm时,偏振角度解调引起的系统误码率随着探测器噪声功率的降低而降低;在相同噪声功率下,偏振角0°时误码率最高,偏振角90°时误码率最低。     

雨滴在船舶大气激光通信中的遮挡作用

虽然气候因素和大气本身对船舶大气激光通信系统的性能影响极大,但现有的研究多集中于讨论大气对激光束造成的散射衰减。本文指出在雨中的自由空间光通信主要受雨滴直接遮挡的影响,尤其是雨滴形成的投影间的重叠效应,该效应能够很好地解释大雨甚至暴雨中激光仍能通过的现象。文中结合雨滴尺寸分布模型,建立了船舶大气激光通信中雨滴遮挡作用的数理模型,对光在雨中的最大传输距离及其光强的衰减做了初步计算与实验。结果证明,该衰减模型是合理的,理论模型基本符合实验结果。该项研究为进一步探索船舶大气激光通信系统的性能奠定了基础。     

Principles of designing adaptive relay systems for stratospheric power transmission

Problems of designing laser power transmission systems in a turbulent atmosphere using relay mirrors mounted on a stratospheric airship are analyzed. It is shown that such a system can be designed using a high-power ground-based ytterbium fiber laser, relay mirrors for transmitting highpower laser radiation, and an adaptive optical system for correcting the phase distortions of laser beams due to atmospheric turbulence. A model of a laser power transmission system was designed and tested under laboratory conditions; the tests confirmed the possibility of correcting atmospheric-turbulence distortions during guiding and high-accuracy stabilization of laser beams.     

远场光束扩展对光斑瞄准偏差影响的实验

在远场大气环境下的激光瞄准过程中,大气湍流效应会造成光束的漂移和扩展,从而影响激光器的瞄准精度。本文基于修正的VonKarman湍流谱和部分相干光在湍流大气中的传输理论,设计了高斯光波经过大气湍流后的光场模拟软件,并在一定气象条件下,通过一种激光光轴瞄准偏差测试系统进行外场实验。该测试系统光束直径≤9mm,接收部分为120mm大口径光学镜头。研究了3km范围内强湍流条件下光束的传输特性;结合实验数据,分析了在湍流大气中远场光传播时波束扩展对激光瞄准精度的影响。基于文中研究结果设计的瞄准偏差补偿方案可提高系统在大气能见度10km范围内的瞄准精度。在激光传输距离3km,斜程仰角为0~45°时,激光光斑偏移计算误差≤0.1mrad。     

齿轮系统传动误差的蒙特卡洛模拟分析

针对齿轮系统中各项误差具有不同概率分布规律的特点 ,在指出现有理论和方法存在不足的基础上 ,提出了齿轮系统传动误差的蒙特卡洛模拟分析方法 ,为准确估计齿轮系统的传动精度提供了理论手段。对圆网制网机传动误差的分析结果表明 ,所提出的蒙特卡洛模拟方法不仅可以求出齿轮系统传动误差的分布情况 ,而且可以避免不必要的精度浪费 ,降低齿轮的制造成本     

Statistics of errors in a high-bit-rate optical communication link with reduction of the Kerr nonlinearity effect

Direct numerical modeling of propagation of optical pulses is performed to determine the “tails” of the probability density function of marks and spaces and the statistics of errors in an optical communication link on the basis of a standard single-mode fiber and a dispersion-compensation fiber with a reduced density of marks in the initial bit sequence. Simple analytical approximations for the tails of the probability density function are determined, which allows accurate estimation of the error probability in the link.     

星地光通信中PAT链路的衰落冗余

在考虑大气闪烁、静态瞄准误差和瞄准抖动的影响下,导出了大天顶角和小天顶角传输链路的强度起伏概率密度函数,给出了跟踪中断概率随衰落冗余变化的关系表达式;最后分析了最佳的光束发散角,并对概率密度分布规律和跟踪中断概率随衰落冗余变化的规律进行了模拟分析。结果表明,对于上行和下行链路,光束发散角与瞄准抖动误差均方值的最佳比值为4和6。在最佳光束发散角下,要想确保链路跟踪中断概率小于10^-3,上行链路需要10 dB的衰落冗余,下行链路需要3 dB的衰落冗余,克服了星地光通信中强度起伏对链路跟踪稳定性的影响,保证了在跟踪过程中链路所需要的衰落冗余。     

Computer simulation of adaptive optics for laser systems in atmospheric applications

Software for computer simulations of adaptive optics systems for atmospheric laser applications designed on the basis of advanced parallel programming techniques is developed. The adaptive optics system model includes the emitting aperture geometry and beam propagation path scenario, vertical profiles of atmospheric parameters, fast parallel split-step Fourier algorithm for solving wave diffraction and propagation equations, time-dependent models of “frozen” atmospheric turbulence with a wide range of scales, and models of the wavefront sensor and controlled deformable mirror. The hardware system for computer simulations is an off-the-shelf desktop with a 6-core 12-thread Intel® Core? i7-970 CPU at the maximum frequency of 3.5 GHz and an NVIDIA® GeForce GTX 580 graphic accelerator with 512 universal processors operating at 1.5 GHz. Results of simulations of adaptive imaging and laser beam shaping, aimed at estimating the efficiency of adaptive optics systems on atmospheric paths are presented.     

认知无线网络中基于最佳中继选择的协作传输策略

认知无线网络中在保证主用户数据有效传输的条件下,通过次用户节点间的彼此协作传输,可以有效的提高次用户的数据吞吐能力,从而改善次用户传输性能以满足不同无线业务的通信要求.通过认知无线网络环境,提出了一种基于最佳中继选择的放大转发协作传输方案,并且对所提方案的无冲突传输时问进行了理论分析,给出了非协作和协作传输模式下的无冲突传输时间的解析表达式.数值和仿真实验表明,协作传输的无冲突传输时间明显优于非协作传输,在多个认知中继共存的条件下,基于最佳中继选择方案相对单个中继转发方案所获得的时间增益更加明显,证明了次用户协作为认知无线网络带来可观的性能增益,并随着协作节点数的增大性能得到相应提高.     

快速反射镜姿态角的高精度解算

为了提高跟瞄转台出射激光的指向精度,研究了快速反射镜(FSM)姿态角与转台跟踪误差间的关系,提出了FSM姿态角的高精度解算方法。介绍了跟瞄转台出射激光的光路特点和FSM的工作原理;确定了坐标系中入射光与出射光的方向,依据坐标变换理论和光的反射定律,建立了FSM反射镜姿态角与转台跟踪误差间的函数关系。然后,推导出姿态角的解析表达式,描述了姿态角的空间分布规律,并从解析表达式中推出了近似表达式,确定了近似表达式引入的指向误差。最后,通过指向精度实验验证了姿态角解算方法的正确性。实验结果表明:在跟踪误差不超过(A 12.9′,E13.5′)时,应用姿态角解析表达式和近似表达式均能取得优于2.5″的指向精度;跟踪误差增大为(A38.6′,E37.8′)时,解析表达式对应的指向误差仍低于2.5″,而近似表达式对应的指向误差迅速增大为13.2″。得到的结果显示:FSM姿态角的解析表达式不存在原理误差,在任意跟踪误差下均能使出射激光具有高精度指向能力,且其形式简洁,满足伺服控制器快速运算的要求。     

Modeling and control of non-square MIMO system using relay feedback

This paper proposes a systematic approach for the modeling and control of non-square MIMO systems in time domain using relay feedback. Conventionally, modeling, selection of the control configuration and controller design of non-square MIMO systems are performed using input/output information of direct loop, while the output of undesired responses that bears valuable information on interaction among the loops are not considered. However, in this paper, the undesired response obtained from relay feedback test is also taken into consideration to extract the information about the interaction between the loops. The studies are performed on an Air Path Scheme of Turbocharged Diesel Engine (APSTDE) model, which is a typical non-square MIMO system, with input and output variables being 3 and 2 respectively. From the relay test response, the generalized analytical expressions are derived and these analytical expressions are used to estimate unknown system parameters and also to evaluate interaction measures. The interaction is analyzed by using Block Relative Gain (BRG) method. The model thus identified is later used to design appropriate controller to carry out closed loop studies. Closed loop simulation studies were performed for both servo and regulatory operations. Integral of Squared Error (ISE) performance criterion is employed to quantitatively evaluate performance of the proposed scheme. The usefulness of the proposed method is demonstrated on a lab-scale Two-Tank Cylindrical Interacting System (TTCIS), which is configured as a non-square system.