自适应光学在自由空间光通信大气补偿中的应用研究
[Abstract]:Free space optical communication (FSO) is a new type of wireless communication, which includes many applications. For example, FSO communication between deep space, medium orbit and earth station can be used to communicate between satellite and ground station in some cases. In general, laser communication between ground stations is called atmospheric laser communication. The reason why free space optical communication has attracted more and more attention is that FSO communication has the following advantages: FSO communication technology can provide a fairly high transmission rate, no less than the transmission rate of optical fiber. Even in some cases, the maximum rate of FSO communication can already reach 5.6 GB / s, and it can transmit 4.5 km as far as possible. FSO communication technology does not have the limitation of spectrum, and it has great advantages over the common radio frequency radio communication in the allocation of spectrum resources. There are also many problems in the development of FSO communication technology. In the transmission of visible light, a bottleneck limiting the communication quality and communication distance is atmospheric attenuation and light intensity fluctuation. Atmospheric absorption and scattering will lead to serious attenuation of laser intensity, atmospheric turbulence will lead to atmospheric scintillation, beam drift, angle-of-arrival fluctuation and wavefront distortion. In order to overcome the influence of atmospheric turbulence and realize effective channel compensation, a lot of experimental research and theoretical exploration are needed. More and more people pay attention to the application of adaptive optical (AO) in FSO communication technology. There is a precedent for the use of composite deformable mirror (CDM) in adaptive optics, but is different from the use of CDM based on deformable mirror stroke considerations. The use of CDM in this paper mainly considers the parameter characteristics and structural design of the deformable mirror itself. Considering that different structural parameters of deformable mirror have different compensation effects for different types of wavefront distortion, this paper considers that the two deformable mirrors can compensate the wavefront distortion of different parts respectively, so that the optimal compensation effect can be achieved. At the same time, a de-coupling algorithm between two deformable mirrors, the finite correction algorithm, is presented. There are some defects or limitations in the use of traditional PID control algorithms in AO systems or free space optical communication systems: the PID parameter tuning technique is not mature enough, and in general, it depends on the experience of field operators. This is not desirable in situations where high precision and high requirements are required, such as for visible-light atmospheric communication systems. In addition, the performance of wavefront sensing equipment will decrease sharply under some strong turbulence conditions, so the AO system without wavefront sensing based on intelligent optimal control algorithm becomes meaningful. In this paper, the AO control system based on random parallel gradient descent (SPGD) algorithm, simulated annealing (SA) algorithm, improved artificial fish group (MAFS) algorithm, improved hybrid frog jump (MSFL) algorithm and other optimization algorithms is studied. The simulation results show that they have a good compensation effect on wavefront distortion, and the optical coupling efficiency of the receiver is improved obviously. Simulation results show that the CDM and intelligent bionic optimization algorithms proposed in this paper can achieve better results in AO or FSO systems. These algorithms can achieve good convergence values by less iterative cycles. Thus, the communication quality of the whole FSO communication system is improved effectively.
【学位授予单位】:吉林大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:TN929.1
【共引文献】
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本文编号:2446177
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