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。     

无线紫外光通信组网链路性能分析

为了分析紫外光非视距通信组网链路性能,采用单次散射大气信道传输模型,对紫外光非视距通信的全向发送全向接收和定向发送全向接收两类工作模式进行了理论分析,并在链状和网格状的拓扑结构下分别进行了计算机仿真实验,对比分析了两类工作模式下网络的吞吐量、时延、抖动率、丢包率等性能.结果表明,在紫外无线光Mesh网络的通信中,采用定...     

云散射模型与信道传输特性分析

提出地对地链路的云散射模型,用于分析不同类型云对给定波长信号光的信道传输特性。通过模型仿真,定量分析不同通信几何结构条件下,三种云的路径损耗预测,分析了发送、接收仰角、发送光束束散角等因素对路径损耗的影响。结果表明,当接收视场角固定时,最佳通信距离随着发送、接收仰角的增大而减小;当发送光束束散角很小(1°以下)时,需要调整发送仰角使得信号光源在云层下界形成的光斑位于检测器垂直上方,以达到接收能量的最大值;当发送光束束散角较大时,应调整发送、接收仰角使一次有效散射体积最大,使得接收能量最大。通过实验测量云散射链路的路径损耗,验证了结论的正确性。结论与波长相关,选用620nm和808nm两种波长激光二极管作为实验及仿真的光源。     

大气紫外光近距离通信的研究

利用日盲区紫外波段的光在大气中的传输特性来进行通信可以有效地解决实现抗干扰非视距近距离通信这一难题。介绍了紫外光通信系统的技术构成以及工作方式和原理,并分析了大气对紫外光通信的影响。由于大气中臭氧吸收日盲区(200-300 nm)的紫外辐射,用日盲区的紫外波段进行通信可以使通信不受到太阳光的干扰,紫外光是利用它的散射特性来进行通信的,是一种新颖的通信模式。也正是它的散射特性使它可以绕过障碍物,克服其他自由空间光通信必须工作在可视距方式的弱点,实现近距离通信。     

大气紫外光近距离通信的研究

利用日盲区紫外波段的光在大气中的传输特性来进行通信可以有效地解决实现抗干扰非视距近距离通信这一难题。介绍了紫外光通信系统的技术构成以及工作方式和原理，并分析了大气对紫外光通信的影响。由于大气中臭氧吸收日盲区（200～300nm）的紫外辐射，用日盲区的紫外波段进行通信可以使通信不受到太阳光的干扰，紫外光是利用它的散射特性来进行通信的，是一种新颖的通信模式。也正是它的散射特性使它可以绕过障碍物，克服其他自由空间光通信必须工作在可视距方式的弱点，实现近距离通信。     

基于非视线红外激光大气散射通信技术研究

为了实现非视线激光大气散射通信,根据米氏散射理论,建立了非视线通信链路模型,研究了1.06m激光的大气散射通信技术,分析了激光接收功率、激光发射功率、激光发散角、接收视场、探测器灵敏度、发射机倾角、接收机倾角、大气衰减和通信距离的关系,并搭建了试验原理系统,进行了1km距离的散射通信试验,获得了激光散射信号。结果表明,在一定的天气条件下,采用波长为1.06m的红外激光进行信号传输,有望实现远距离的大气散射通信。     

紫外光非视距二次散射信道模型研究

基于单散射信道模型,结合大气散射传输理论,建立了二次散射模型。分析研究了紫外光通信时两种典型情况下的散射相函数,即瑞利散射和米氏散射。通过比较单散射模型与二次散射模型中的脉冲响应,验证了二次散射模型的合理性,并且在二次散射模型中加入了相函数对系统性能的影响,结果验证了紫外光非视距通信的可行性,并且得出不同天气对系统性能的影响,即雾天和雨天对紫外光非视距通信的影响较大。     

双基地激光通信大气信道参数研究

基于传统的非视距单散射模型,结合大气的不均匀特性,提出了大气信道光学参数模型,仿真了不均匀条件下大气散射、消光廓线,分析了不同海拔高度的加权相函数。在该模型下,对不同距离的双基地激光通信脉冲响应和接收能量进行分析,并与均匀大气中的情况进行对比。研究表明:在不均匀大气中,散射、消光系数随着海拔的增大而减小;近地面总相函数与Mie散射相函数重合,海拔高度增大,总相函数逼近Rayleigh相函数;双基地激光通信存在的最佳发射接收仰角,此仰角下链路损耗最小。     

大气日盲紫外无线光组网技术研究

基于视距和非视距大气日盲紫外光通信的特点,阐述日盲紫外光散射信道的通信系统模型和链路模型,研究利用大气日盲紫外无线光通信进行组网的紫外安全、路径损耗、信道带宽、覆盖范围等规则,提出一种适合紫外无线光网络中信息传输的发送装置结构.     

星地链路激光通信地面站址选择及大气影响研究

综合考虑我国方量的地理分布和气候特点,提出了一项星地激光通信的地面多址布站方案,仿真分析了大气散射引起的衰减及大气湍流对星地链路的影响。利用卫星工具包(STK)软件分析了地球静止轨道(GEO)卫星与5个地面站的链路特性。结果表明,西藏的阿里站同时具有最理想的经度和纬度,地平角为52°,最有利于开展星地激光通信。在一定天气条件下,随着波长的增加,对应的散射引起的功率衰减减小;随着能见度的降低,大气散射引起的光功率平均衰减增加;随着地平角的升高,大气引起的功率平均衰减减小;波长越长,闪烁指数越小;随着接收孔径直径的增大,闪烁指数快速减小;随着海拔高度的增加,闪烁方差减小。该研究为星地激光通信外场实验提供了一定的理论依据。     

大气气溶胶粒子散射相函数的数值计算

大气气溶胶粒子作为大气电磁环境的重要组成成分之一,在紫外、可见到红外波段内严重影响电磁波的传输特性。散射相函数是研究气溶胶中电磁波传输特性的一个重要参量,依据粒子电磁散射理论,数值计算了球形和椭球形气溶胶粒子在红外波段给定波长入射时散射角余弦的一阶矩,给出了气溶胶粒子HG相函数和改进HG*相函数的数值结果,并将球形气溶胶粒子的这两种相函数和Mie散射相函数进行了对比。结果表明:随着波长的增加及气溶胶粒子尺寸参数的减小,HG*相函数能更好地体现红外波段气溶胶粒子的散射特性。相函数的准确计算可为研究气溶胶中红外激光的传输特性奠定基础。     

海洋悬浮粒子的光学后向散射率特性研究

后向散射率不仅是机载激光雷达探测海水后向散射信号的重要参量,也是海洋悬浮粒子重要的光学特性,根据米氏散射理论及其散射相函数计算公式,推导出了海洋悬浮粒子后向散射率的计算公式.通过对海水中的藻类粒子和悬浮泥沙颗粒散射相函数的分析,获取这两类主要海洋悬浮粒子各自的后向散射率,并进一步分析了后向散射率与粒子半径和波长的关系.仿真计算结果表明,当探测波长一定时,藻类粒子的后向散射率随粒子半径的增大而增大,而悬浮泥沙颗粒的后向散射率随粒子半径的增大而减小;当粒子半径一定时,藻类粒子和悬浮泥沙颗粒的后向散射率均随探测波长的增大而增大.     

激光在复杂大气环境下传输特性的仿真

随着激光技术的发展,激光复杂大气环境下的传输特性一直是激光领域的研究热点.综合激光大气传输的Lam-bert-Beer定律,结合瑞利散射、米散射等经典理论,设计出一套仿真系统,可以模拟激光在复杂大气环境中的传输过程.同时,为了得到经过湍流之后的最终光场,采用基于傅里叶变换的多层相位屏模拟湍流产生的随机扰动,仿真出光斑随...     

紫外光通信的散射信道简化模型

针对不同的紫外光通信模式,提出了非直视单散射信道模型的简化模型,通过实验验证了简化模型的准确性和高效性;在简化模型的基础上,对各种典型天气条件下,不同通信距离的能量损耗等进行数值仿真和结果分析,为日盲段紫外光散射通信系统的能耗分析提供了理论依据。通过对仿真结果的分析可知,简化模型可在保证仿真精度的前提下,提高仿真速度105倍;通信距离较小时,能见度对能量变化的影响较小;当距离增大后,薄雾天气对能量衰减迅速增加;随着距离的增加,轻霾、晴朗、非常晴朗等天气对能量衰减影响程度的差异也逐渐增加,即能见度越低,能量衰减曲线越陡,反之,曲线越平缓。     

对流层太赫兹波散射特性研究

基于Mie散射理论分析了球形近似下对流层气溶胶粒子对太赫兹波段的散射特性。通过模拟对比,得出对流层四种粒子在太赫兹波段的散射能力。研究发现,粒子的尺度参数对散射强度的影响比较明显,随着粒子尺度参数的增大,散射相位函数振荡越强,散射强度逐渐变大;散射光逐渐前向集中于更小的角度;曲线越来越尖锐,且出现了更多分叶。仿真给出了波长对散射参数的影响。本文利用Matlab给出了四种粒子太赫兹波段的散射仿真,研究结果对太赫兹技术在气象相关领域的应用具有一定的参考价值。     

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.     

基于散射模型的霓虹现象研究

霓和虹是天空中常见的大气光学现象,采用几何光学理论能够较准确地解释其成因。然而,几何光学理论的物理模型相对简单,不能说明雨滴尺度等因素对霓、虹形成的影响。本文采用散射理论研究了不同尺度水汽粒子的散射相函数以及雨滴粒子集群的角向色散特性,从散射的角度解释了霓和虹的成因,最后对散射理论和几何光学理论做了对比。研究结果为大气光学现象的研究提供了新的思路。