基于FPGA的日盲紫外光视频传输系统的设计、仿真及实验研究

发布时间：2020-05-20 20:31

【摘要】：紫外光通信是一种基于大气散射的通信方式,具有安全性高、抗干扰、全天候以及一定程度非视距通信等优点,在军事应用上具有光明的前景,受到了愈来愈多科研人员的关注。但是,目前紫外光通信系统存在着传输速率低和通信距离短两个瓶颈问题,导致其实际应用受到限制。本论文针对通信速率低的问题,采用LED作为发射光源,通过设计高速收发电路,从而提高了系统的通信速率。在此基础上,利用FPGA开发平台,设计并研制了一套日盲紫外LED视频通信系统,论文的主要研究工作如下:首先,分析了大气紫外光通信的基本原理,讨论了紫外光大气散射、吸收以及湍流作用,并利用Modtran软件对紫外光在不同气体中,不同海拔高度,不同传输距离以及不同天气条件下的透过率进行了计算仿真。其次,对系统不同的器件和调制方式进行了对比分析,针对紫外气体灯和激光光源调制速率低、体积庞大以及光电倍增管(PMT)工作电压过高等问题,系统光源采用中心波长为265nm的单颗LED,探测器采用紫外PIN。为了提高系统的带宽利用率,系统选择OOK调制解调方式。第三,在电路设计方面,利用运算放大器的比较器特性对传统的三极管驱动LED电路进行改进,提高了发射电路的带宽特性,设计了串联阻抗放大电路作为系统接收端放大电路;在天线设计方面,对发射光源分别采用透镜组、抛物面反光杯和单透镜三种不同的准直方法进行zemax光学仿真,并确定采用单透镜的准直方法;在FPGA代码模块设计方面,详细地讨论了每个模块的设计思想,并给出了收发模块结构图。最后,搭建完成了日盲紫外光视频通信系统,并对ELD的带宽特性进行了测试,对视距通信系统接收端光功率密度与通信距离之间的关系进行了研究。最终当通信距离为4m的时候,系统能以10fps的速度进行视频传输,其通信速率达到1.92Mbit/s,高于目前文献所报道的结果。
【图文】：

分布图,大气上界,谱能量,大气层

研究生学位论文第二章大气对紫外光从局部放大图中可以看出，在 0.2~0.3μm 之间存在一个较宽一波段强烈的吸收作用，导致地表附近 0.28μm 以下太阳辐光通信的理论基础；另外由于水滴、水分子以及二氧化碳以及 1.12μm 左右存在三个吸收带，在 1.37μm、1.87μm 以，，峰值吸收率几乎为 100%，在 2.0μm~2.4μm 左右存在一个比

曲线,瑞利散射,波长,强度

A散射的横截面函数rS 的值正比于瑞利散射系数，可以描述瑞归一化函数来表示瑞利散射强度： 2 202 41 1 cos,d v nI r Ir ，r 代表散射点与观察点之间的距离；v表示散射点的体积；料系数；表示入射光的波长；0I 表示入射光的强度；n 表示散强度。通过式(2.11)可以看出最终散射光的强度与光传输距离是说入射光的波长越小，散射光传输的距离越短，散射光强入射波长之间的关系。图中可以看出入射光波长大概在 700，可忽略不计。
【学位授予单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN929.1

【参考文献】