大气闪烁对无线激光通信效能的影响

由于大气湍流的存在,使激光信号在大气传输中产生振幅的随机起伏,称为大气闪烁。大气闪烁将引起激光通信误码率的增加。由光强起伏大小的统计规律和通信基本原理推导出了弱湍流条件下由光强闪烁引起的误码率计算公式,分别建立了地面水平链路和地-空斜向链路中的大气闪烁误码率模型,对模型进行了仿真,分析了湍流强弱、信号调制方式、链路距离、激光波长及地面发射仰角对闪烁误码率的影响,得到了闪烁误码率的变化规律。结果表明,通过合理选择信号调制方式、激光波长、站址位置及地面发射仰角等方式能够有效地降低大气闪烁误码率,提高通信可靠性。     

近地面湍流大气中激光传输的光强闪烁分析

光学湍流对激光的大气传榆有着重要的影响,其中光强闪烁是湍流效应中最基本也是最重要的一个效应,一直是一个十分令人关注的问题.在处理激光在湍流大气中传输的光强闪烁效应时,认为光强闪烁是由大尺度光强起伏对小尺度光强起伏的调制,并对其调制过程进行了讨论.基于光强闪烁的调制理论,对近地面典型条件下激光大气传输的光强闪烁指数及其影响因素进行了分析.     

Gamma-Gamma大气湍流中部分相干光通信系统性能研究

部分相干光在湍流大气中传输时,可以有效抑制湍流所引起的光强闪烁效应,从而改善通信链路性能。针对Gamma-Gamma大气湍流信道模型和部分相干光的光束特性,得到了采用OOK调制方式下部分相干光通信系统的平均误码率、中断概率和平均信道容量三个性能指标的解析表达式;在此基础上,分析了光束的空间相干长度和通信距离对通信链路的性能影响。计算结果表明,在相同的大气湍流条件和传输距离下,随着部分相干光的空间相干长度的减小,系统的误码率和中断概率逐步降低,在平均信噪比为30 dB时,系统的误码率可以达到10-5,中断概率低于10-6;另外,系统的平均信道容量会随着光束相干长度的减小而增加,在信噪比等于12 dB时,平均信道容量达到3.8 b/sHz-1。分析结果为部分相干光在湍流大气中实现可靠通信提供了理论依据。     

弱湍流条件下大气光通信的阈值优化方法

大气湍流引起的闪烁效应会严重影响大气光通信系统的性能。自适应判决阈值技术虽然可以有效改善大气光通信系统的误码率（BER）,但是难以进行实时应用。提出了一种根据各种参数统计值,将阈值设置为常量的阈值优化方法。主要考虑乘性高斯噪声并假设闪烁满足对数正态分布,分析了湍流信道中大气光通信系统的最优常量阈值,并将数值分析结果与弱湍流条件下的实验数据进行对比。对比的结果显示,最优常量阈值方法是有效可行的,相对于自适应阈值的性能降低也是可以接受的。分析还显示,在忽略孔径平均效应条件下,最优常量阈值主要取决于对数光强起伏方差和平均接收光功率,而其他参数的影响基本可以忽略。基于分析结果,提出了可以在实际应用中估计最优常量阈值的非线性模型。     

阵列光束在湍流大气中传输的光强闪烁研究进展

相比单束光,阵列光束由于各光束之间互不相干,可以减小大气湍流引起的接收光强起伏。特别在激光照明和通信等应用场合中,非相干合成光束可以明显提高照明均匀性和减小通信误码率。简要介绍了相干合成阵列光束在湍流大气中传输的光强闪烁研究进展。针对非相干合成阵列光束在减小光强闪烁的优势,回顾了非相干合成阵列光束在激光主动照明、星地激光大气通信方面的实验研究结果;详细总结了子光束为不同类型的非相干合成阵列光束的理论研究方法和结果,包括不同波长光、基模高斯光、部分相干高斯光和艾里光。实际中子光束一般为部分相干光,它们互相之间存在相干性。提出了下一步应深入开展研究的问题为阵列光束大气的光强闪烁。     

大气湍流下自由空间光通信中断概率分析

自由空间光通信在未来全球通信网中具有潜在的应用价值,然而,自由空间光通信易受大气湍流影响,致使系统性能严重下降.根据大气湍流实际情况,把大气信道分为弱湍流下的对数正态分布模型和中强湍流下gamma-gamma分布模型.研究了自由空间光通信中一个重要的性能指标-中断概率,基于信道模型利用Merjer G函数简化了该概率公式.研究了大气湍流和其他参数(如传输距离、波长)对中断概率的影响,并从弱湍流到强湍流仿真了湍流对通信中断概率的影响.数值模拟表明:随着大气湍流强度以及门限值的增大,自由光通信系统的中断概率相应增大.为设计自由空间光通信系统提供了参考.     

大气湍流对复杂路径下光强起伏及误码率的影响

对复杂地形情况下实际湍流大气中的激光强度起伏进行系统研究,发现了在此情况下实际湍流大气中的激光光强起伏在概率密度分布与理论上偏离很大,而由大气湍流引起的光强起伏和系统误码率的关系,结果表明:在弱起伏条件下,对于系统误码率为10-9以下的要求,光强起伏应小于0.67;随着湍流强度Cn2的增大,误码率增加很快;采用长波长的激光进行传输可以有效地降低系统误码率.     

星地光通信链路大气湍流衰落特性研究

针对大气湍流中gamma-gamma分布的光强起伏,建立了星地光链路的衰落统计模型,研究了不同天顶角星地光通信链路的衰落概率、平均衰落次数及平均衰落时间等关键参数的统计特性.结果表明:减小天顶角和提高接收端探测灵敏度均可以极大的减少衰落概率和平均衰落次数,而不能显著缩短平均衰落时间,星地光链路的平均衰落时间为毫秒量级.     

大气湍流对高速激光通信影响模拟实验研究

分析了大气湍流对高速激光通信影响的研究方法、现状及必要性,建立了高速激光通信用大气湍流模拟装置,提出了大气湍流对高速激光通信影响的模拟实验方案,采用实验室内半实物模拟的方法,利用大气湍流模拟装置模拟中弱强度的湍流,搭建激光传输实验系统,并进行了光强闪烁方差及频谱、到达角起伏方差及频谱等测试,结果表明,该大气湍流模拟装置的光强闪烁、到达角起伏符合-5/3理论,光强闪烁、到达角起伏是影响激光通信性能的主要因素,为深入研究大气湍流对高速激光通信影响提供了有效手段和方法,最后对大气高速激光通信未来的发展方向进行了展望。     

特殊关联阵列扭曲光束在大气湍流中的光强闪烁

相干和相位是光波的基本特性,它们之间是相互影 响的。本文首先基于部分相干光束的模式分解理论,严格证明了谢尔模高斯阵列关联结构可 以携带扭曲相位,并提出了一种特殊关联阵列扭曲光束,且本文所用证明方法具有一定的普 适性。随后,针对光束在大气湍流传输中引起的光强闪烁,采用张量方法推导了特殊关联阵 列扭曲光束在大气湍流中的光强闪烁解析式,详细分析了光源各参数对光强闪烁指数的影响 ,研究表明增大光源的束腰宽度、增大扭曲因子、调控谢尔模高斯阵列关联结构可降低大气 湍流引起的光强闪烁。本文得到了一种有效抑制大气湍流光强闪烁的严格物理数学光束模型 ,研究结论有助于优化部分相干光束在大气湍流传输的整体性能,在自由空间光通讯、激光 雷达、遥感成像等领域具有潜在的应用价值。     

Effect of Atmospheric Scintillation on SNR of Differential Absorption Lidar System

The differential absorption lidar (DIAL) system has become extremely useful tools for remote sensing of atmospheric pollutants since the theoretical foundations were first developed by Schotland in 1974[1,2]. Recently, the DIAL systems have been developed for standoff detection of battlefield chemical and biological agents and for the long-range monitoring of emissions from suspected chemical, biological, or nuclear production facilities [3,4]. In DIAL technique, two or more laser wavelen…     

激光大气闪烁统计特征的研究进展

综述了复杂地形条件下激光大气闪烁效应的实验及理论研究结果,包括实验数据处理方法、闪烁概率分布的极大似然模型、闪烁频谱特征系统分析方法、小波变换频谱分析方法、光波起伏频谱与湍流谱的关系,以及闪烁的间歇性等统计特征．     

无线光通信大气信道特性测试方法研究

大气信道是影响无线光通信质量的主要方面,为了全面掌握目前出现的信道测试方案,采用归纳总结和对比分析的方法,并结合实际测试,对信道测试方法进行研究。从大气衰减效应、光强闪烁效应以及光束漂移效应三方面测试内容出发,研究了各自运用的测试方法,并给出了相应的示意图,同时对比分析各自的优缺点,为采取合适的大气信道测试方法提供理论依据。     

多光束大气激光通信中激光光源的温度场分析

针对所设计的多光束大气激光通信(MALC)系统,建立了激光光源温度场分析的仿真模型,运用热分析软件FLUENT对激光器(LD)的温度场进行了数值仿真,得到了温度场的分布曲线。结果表明,当气流速度大于5m／s时,风冷可以保证发射机终端的最高温度小于LD的安全工作最高温度,可作为MALC的有效散热方式。     

二维大气无线光码分多址通信系统

在无线光通信系统中采用光码分多址(OCDMA)技术,可以充分利用其丰富带宽,提高系统性能。考虑背景光噪声、探测器噪声、多用户干扰和大气闪烁等影响因素,给出了二维无线光码分多址(2D-WOCDMA)系统模型,在该模型中采用了脉冲位置调制(PPM)和光纤布拉格光栅(FBG)编解码器。通过数值分析,详细讨论了该无线光通信系统的性能。结果表明,大气闪烁是影响二维无线光码分多址通信系统性能的重要因素,当其对数方差较大时,系统难以实现通信,需要采用诸如多用户检测、信道编码及阵列接收等技术提高系统的性能;二维无线光码分多址通信系统适合采用1550 nm波段;该通信系统还受背景光、雪崩光电二极管(APD)增益和调制消光比等因素的影响。     

机载激光通信链路的传输信道及性能分析

对于机载激光通信的传输信道,分析了大气信道中的衰减、光强闪烁、光束漂移及气动光学效应等复合效应,并推导了接收光束尺寸、链路中断概率和误码率等传输性能。仿真分析表明：一方面,接收光束尺寸受光束漂移及气动光学效应的影响而增大,且在低空条件下的光束尺寸主要受到大气湍流的影响而导致其大于高空条件的;另一方面,长距离的机载激光通信链路需考虑光束漂移的影响,并可通过优化发射光束大小进行抑制。     

基于以太网语音和IP数据无线光通信链路设计

针对移动应用平台间进行较短距离的直接通信,设计了一种基于以太网和无线激光传输的通信链路系统。该系统使用直接调制的方式将以太网发出的电信号调制到光波上,将携带信息的载波激光束聚焦、对准发送至接收设备;接收设备将采集到的信号进行解调,由光信号还原出发送方输出的电信号,经以太网传输至接收端,实现信号的双向传递;该系统可实时、大容量、高速地传输语音、数据、视频和图像等信号,且通信质量稳定可靠,保密性和安全性能优良。测试结果表明,该系统能较好地在大气间进行实时高速地数据通信,满足移动应用平台间的保密需要。     

星际激光链路中的前向纠错编码技术研究

建立了简化的星际光通信链路模型,将背景光噪声和光放大器自发辐射噪声引入星际光通信链路中,提出利用前向纠错编码技术来改善星际光通信误码性能的方法。介绍了喷泉码的编译码特点,将喷泉码引入链路模型中。通过仿真研究表明,喷泉码相比于RS码对链路的抗误码性能有很大提高,且随着信噪比的增大改善更加明显。     

星际激光链路中的前向纠错编码技术研究

建立了简化的星际光通信链路模型, 将背景光噪声和光放大器自发辐射噪声引入星际光通信链路中, 提出利用前向纠错编码技术来改善星际光通信误码性能的方法。介绍了喷泉码的编译码特点, 将喷泉码引入链路模型中。通过仿真研究表明, 喷泉码相比于RS码对链路的抗误码性能有很大提高, 且随着信噪比的增大改善更加明显。