雾环境下非视距散射光通信最佳链路分析

基于概率论和随机迁移理论,建立多次散射随机模型,采用蒙特卡洛方法仿真分析了辐射雾条件下,不同的通信距离条件时,近红外信号光在大气传输信道中传输的路径损耗与能见度之间的关系,指出在给定的通信距离以及给定的系统发送端发送仰角和发送光束束散角,接收端接收仰角和接收视场角等几何参数下,会存在一个能见度使得在这个能见度条件下信号光传输的损耗最小。在通信距离、能见度给定的情况下,针对大气散射通信几何构架中的各个参数的改变都会对非视距大气散射光通信链路路径损耗产生影响,通过模型仿真,提出辐射雾环境下最优化通信链路几何构架。仿真中采取808 nm 波长的激光二极管(LD)作为光源。     

非视距多次散射信道仿真分析

基于概率分析理论,通过模仿光子在大气中发生散射时的随机迁移路径和方向,得到各阶散射路径损耗的理论表达式.通过模型仿真,得到不同阶次散射对总的接收信号能量的影响,给出了在指定发送、接收仰角等参数情况下预测的链路损耗值,并分别给出了接收信号中经历一阶、二阶、三阶散射的光子能量随通信距离的变化关系;通过蒙特卡罗仿真分析,发现...     

非视距大气散射光通信最优化链路分析与设计

提出平均散射相函数,更为准确地反映了云滴粒子的角散射强度分布特性;基于概率论和随机迁移理论,以马尔可夫数据链的形式建立多次散射随机分析模型,借助蒙特卡罗仿真得到给定通信几何构架下的非视距大气光散射链路路径损耗特性;针对大气链路中有无云存在两种实际,从大气气溶胶散射和云散射两个方面分析非视距大气光散射链路的最优化通信构架设计;通过模型仿真结果与实地实验数据的对比验证了分析的合理性。结论与波长相关,实验及仿真均采用808nm波长的激光二极管(LD)作为光源。     

非视线光散射通信的大气传输模型

利用大气对光的散射作用可以实现非视线通信.在单次散射假定下,研究了非视线光散射通信系统的大气传输模型.利用该模型分析了光源发散角、接收视场和收发仰角等系统几何参数与接收散射光能量之间的关系;重点讨论了大气分子散射和气溶胶散射各自对接收散射光能量的贡献.结果表明当系统的收发仰角较大时,接收光能量主要来自大气分子散射;反之,气溶胶散射则成为接收光能量的主要部分.对于工作在日盲紫外光谱区的非视线通信系统,增加接收视场可以有效地增大系统的信噪比.发现在两种典型的收发仰角情况下,接收散射光能量随光源发散角的变化趋势是相反的,这说明光源发散角要根据实际的应用场合设计确定.     

自由空间光通信链路最优束散角分析

讨论了FSO通信系统链路最优束散角问题。由空间光通信链路方程得出,减小束散角会增大通信链路裕量。在未对准误差情况下,深入分析偏移角、束散角与链路裕量之间的关系;假设未对准损耗是链路裕量的唯一影响因素的条件下,通过推导得出最大偏移角表达式,当未对准(偏移)角度取得最大值时对应的便是最优束散角。由仿真分析可知,偏移角度的增大导致系统接收光功率减小;对于该系统光束束散角处于1.6 mrad时便是最优束散角。该部分内容研究为对星地的上行和下行通信链路功率计算提供了理论支撑。     

长波长红外光大气信道传输

采用光子追踪法,模拟光子在大气信道中的随机迁移路径及散射后随机迁移方向。引入光束发散角和接收视场角等参数,建立了包含散射作用的长波长红外大气信道传输模型。运用蒙特卡洛方法进行仿真,分析了雾环境下长波长红外光的大气传输特性。与朗伯-比尔定律进行对比,发现在能见度较低、通信距离较近时接收机接收的散射能量不能被忽略。分析了通信距离、能见度、光束发散角、接收视场角对链路损耗的影响,分析了不同阶次散射对接收机接收能量的影响。发现在给定参数条件下,四阶及以上高阶次散射对接收机接收能量几乎可以忽略。     

基于不同散射相函数的紫外光传输特性研究

为了研究三种不同散射相函数下紫外光大气传输特性,文章采用非直视紫外光通信的单次散射简化模型,对系统接收机接收到的能量及紫外光传输路径损耗随传输距离和散射角的变化情况进行分析.结果表明:三种相函数下,都表现为随传输距离的增大,接收能量减小,路径损耗增大,但三者之间存在一定的差异,对于紫外光通信系统,其传输性能的影响以前向散射为主,后向散射作用很小;随着散射角增大,后向散射作用相对明显;三种散射相函数下,紫外光通信链路的最佳散射角不同,但均随发射仰角的增大或接收仰角的增大最佳散射角增大,而接收能量减小.     

无线紫外光非直视通信信道容量估算与分析

无线紫外光非直视通信中,大气散射和收发角度是影响紫外光通信系统性能的重要因素。在无线紫外光非直视通信单次散射模型的基础上,提出了一种适合于紫外光非直视通信的信噪比和信道容量估算方法,并将该方法与量子极限法进行对比计算,验证了无线紫外光通信信道容量估算法的正确性。利用计算机仿真了收发端角度对紫外光通信中路径损耗、信道容量的影响,并分析了不同背景噪声环境下的信道容量。仿真结果表明,发送、接收仰角及接收视场角对紫外光通信中的路径损耗、信道容量影响较大,而发散角对其影响不大,且信道容量随背景噪声的增大而减小。     

聚苯胺/三氧化钨复合薄膜的制备与性质

利用Luettgen单次散射信道模型对雾环境下非视距日盲紫外光通信信道传输特性进行了模拟分析。选取波长为260nm的紫外光, 分析了雾环境下对于不同的通信距离, 该紫外光的路径损耗与能见度的关系。结果表明: 在通信距离已知以及系统的发射仰角、接收仰角、发射视场半角和接收视场半角等几何参数已知的情况下, 存在一个使得紫外光传输的路径损耗达到最小的能见度; 同时, 分析并比较了0~2km辐射雾和平流雾传输路径损耗与能见度、通信距离的关系, 并得到辐射雾环境更利于紫外光传输。     

雾环境下非视距日盲紫外光通信链路路径损耗研究

利用Luettgen单次散射信道模型对雾环境下非视距日盲紫外光通信信道传输特性进行了模拟分析.选取波长为260 nm的紫外光,分析了雾环境下对于不同的通信距离,该紫外光的路径损耗与能见度的关系.结果表明:在通信距离已知以及系统的发射仰角、接收仰角、发射视场半角和接收视场半角等几何参数已知的情况下,存在一个使得紫外光传输的路径损耗达到最小的能见度;同时,分析并比较了0～2 km辐射雾和平流雾传输路径损耗与能见度、通信距离的关系,并得到辐射雾环境更利于紫外光传输.     

大容差中波红外激光通信终端光学天线研制

为了降低激光通信光学系统公差要求,节省研制成本,减小大气散射对激光通信链路的影响,采用波长工作在大气窗口的中红外激光器作为激光通信光源,研制了与之匹配的中波红外激光通信终端光学系统。首先,利用激光通信能量链路传输方程,根据中波红外激光器光束参数和接收端探测器灵敏度,计算出光学天线口径、发散角等设计参数,并给出激光通信收发光学系统波像差要求。接着,利用ZEMAX软件进行了中红外激光通信收发光学系统的设计与公差分析,对两系统进行了加工、测试,完成了系统研制。测试结果显示,中红外激光通信发射光学天线光学传递函数与理论值最大偏离9.3%,接收光学系统波像差RMS为0.075λ (λ=4.7 μm),满足设计要求。结果表明:采用中红外激光作为激光通信光源可降低光学天线的加工装调难度。     

激光光束在海水中的空间传输特性分析

由于激光的初始发散角以及海水对光的散射作用,激光在水下传输时光斑大小发生改变,从而影响接收机的接收范围。采用波长为514 nm的蓝绿激光,基于水下无线光通信信道模型,模拟光子在海水中的传输过程,通过统计不同传输距离时的光子数和光子位置,建立了海水信道中的光斑扩展模型,分析了海水水质对高斯光束的光斑空间特性的影响。结果表明:高斯光束在海水信道中传输时,根据光强比值定义光斑大小的位置,1/e光斑半径与传输距离呈线性关系,线性增加系数为光源的发散半角;当接收机灵敏度为确定值时,传输较短距离后光斑逐渐减小;光斑大小由接收机灵敏度决定,随着接收机灵敏度的增加,在相同距离下,接收到的光斑大小基本呈线性增加。     

Factors Affecting Earth-Satellite Millimeter Wavelength Communications

The use of millimeter wavelengths for earth-satellite transmissions is suggested by the large bandwidths and high gain with small antennas possible at these wavelengths. The factors discussed are 1) propagation path loss, 2) refraction, and 3) antenna temperature. The attenuation through the entire atmosphere over the millimeter spectrum is given as a function of elevation angle of the antenna beam. The attenuation and scattering loss due to water and ice particles varies over a wide range of values depending on the number of particles and their sizes. Refraction by the atmosphere is less than one milliradian for elevation angles for which the absorption is low enough to make the transmission practical. Fluctuations due to refraction may, however, be quite severe. Contribution to antenna temperatures from the atmosphere, the earth, the sun and moon are given for earth-based antennas and antennas in space.     

Channel capacity analysis of non-line-of-sight ultraviolet communication in noncoplanar geometry based on traversing tiny unit method

Channel capacity reflects the ability of the system to transmit information without errors.The path loss and impulse response of the system were calculated based on traversing tiny unit method,and then the frequency response of the system was obtained by the discrete Fourier transform of the impulse response sampling sequence,and the 3 dB bandwidth of the system was calculated.Considering the shot noise caused by signal light,the signal-to-noise ratio of the system was obtained according to the quantum limit method,and then the relationship between the channel capacity and the geometric parameters of transmitter and receiver in non-line-of-sight noncoplanar ultraviolet communication system were simulated and analyzed by Shannon formula.The results show that the channel capacity decreases with the increase of the off axis angle and the communication distance.When the elevation angles of transmitter and receiver are less than 40°,the channel capacity decreases rapidly with the increase of the elevation angles of transmitter and receiver,and the transmitter elevation angle has a great influence on the channel capacity.The system channel capacity is almost constant with the increase of divergence angle,and the larger the receiver field of view angle,the greater the system channel capacity.     

不同大气高度紫外光单次散射链路模型研究

针对不同海拔的大气散射区域对紫外激光单次散射链路的影响,综合考虑气压、温度及臭氧浓度三个因素,对紫外光单次散射链路模型进行了修正。在此基础上,首先计算紫外激光通信系统在0～28km高空范围内的链路损耗。其次,在链路损耗最小条件下,分析通信距离、通信终端仰角以及发散角三者的相互关系。结果表明,收发端设置在高空0～15km的链路损耗较低,15～21km的链路损耗剧增。发射端仰角和通信距离的增大分别导致链路损耗增加;损耗最小时,发射端仰角与发散角近似呈线性关系,通信距离对该关系无明显影响。     

渐变型太赫兹空芯波导的传输特性

研究了渐变型空芯波导(GTHW)在太赫兹波段的传输特性。基于几何光学方法,仿真分析了波导的输出光束质量和传输损耗特性。相比均匀型空芯波导,当光从渐变型空芯波导的大端传输至小端或沿相反方向传输时,渐变型波导具有特殊性能。当光从波导大端传输至小端,渐变型和均匀型波导具有相似的弯曲附加损耗,并且渐变型波导具有更高的耦合效率,便于与多种光源耦合;当光从波导小端传输至大端,渐变型波导的传输损耗和输出光束发散角更小。仿真了波导弯曲率、光源发散角和波导锥度等参数对传输损耗的影响。采用波长532 nm的半导体激光器作为光源,进行了验证实验。测量数据与仿真结果有很好的一致性。     

光束发散角对紫外LED散射通信接收能量的影响

为了更准确地研究紫外光的通信性能,针对紫外LED散射光通信中光能量传输特征,以及光束发散角对散射链路构成与接收光子能量有一定影响,采用多个LED组成阵列发射的方法,扩大光束与散射体的作用效应,分析了光束发散角对不同散射体作用时光子能量的变化关系,研究了紫外光散射通信脉冲调制方法与提高发射功率措施,提出了脉冲位置调制驱动阵列LED的解决方案,并进行了紫外LED散射通信系统室外传输测试。结果表明,在短距离通信中,大的散射角使得光对散射体的作用区域增大,散射效应明显,到达光接收端的光子数量增加;实际通信应用中,散射光通信具有较高的灵活性和实时性,可适当进行光学处理来优化光路结构。此结果为进一步增加传输距离和传输效果提供了正确的指导。     

极低频电流场透地通信路径损耗建模与分析

针对水平方向地电极电流场无线强穿透信息传输需求,研究了基于极低频水平双电极电流场信道传输特性。考虑到电极半径、电极入土深度、电极间距、发射信号频率和信号传输距离等参数对透地(Through-The-Earth, TTE)通信传输性能的影响,建立了地电极电流场TTE通信路径损耗模型,分析了各参数对路径损耗的影响,确定了信号传输最佳工作参数。根据选定参数搭建了极低频电流场TTE通信系统,在200 m和400 m通信距离下测试了3～10 Hz信号的路径损耗,通过试验数据与仿真结果对比分析验证了模型的准确性。