湍流效应对激光通信性能影响的研究
发布时间：2022-01-17 11:04
国内外对激光通信技术的研究始终没有停止过。由于激光通信的部分或全部链路处于大气层中,所以大气是不能忽略的主要因素之一。大气对通信系统会产生各种衰减,其中,大气湍流对激光通信系统造成的影响不可忽视。大气湍流会引起大气折射率的随机变化,从而造成光束扩展,光束漂移以及光强闪烁等诸多现象,其中,光强闪烁的影响程度比较明显。这些现象会使通信系统的误码率变大,从而使激光通信系统的性能降低。这就迫使我们对其进行深入的分析和研究,进而提高和改善激光通信系统的性能。本文首先分析了湍流效应对激光光束在大气湍流中传输时造成的影响。然后通过分析湍流的统计特性、几种幂律谱模型以及结构化常数,并对比发现K谱在对流层以及平流层不与实际的大气湍流情况完全吻合,所以建立了更符合实际的与海拔高度有关的三层高度谱。弱湍流条件下,基于三层高度谱,分别分析了平面波与球面波在斜程链路中的光强闪烁系数并与利用K谱推导的闪烁系数作对比,发现基于三层高度谱描述的湍流造成的光强闪烁更显著。然后,分析了在对数正态（LN）信道中通信系统的误码率,定量分析了不同天顶角与不同光波长对通信系统的影响。得到误码率随波长的变小及天顶角的变大而上升的结...
【文章来源】：长春理工大学吉林省
【文章页数】：55 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
地空天全方位信息传递系统图
3图 1.1 地空天全方位信息传递系统图1.2 空间激光通信的特点通过大气利用激光进行信息传输的一种通信方式称为大气激光通信。它的原理是以大气为信道以激光为载波完成点到点或到多点的信息传递，具体情况如图（1.2）所示。空间激光依据通信道的不同以及它应用背景的不同又可分为三大类：星际激光通信、星地激光通信以及地面无线光网。由于星际通信链路没有云层的遮挡且空气稀薄，故几乎不受大气的影响，加上天空背景光弱，故它能提供很高的信噪比，从而使它获得更优的通信性能[3]。地面无线光网的通信链路在近地大气中并且可看成几乎处于同一水平面上，此时大气的温度和它的运动情况基本保持不变，所以此时信道中各个参量还是相对比较稳定的。星地激光通信实现了卫星或飞机和地面站之间的通信，在其链路中，采用红外激光作为光源，进行远距离的点对点通信。但是，此链路的一部分在大气层中，大气会对激光通信造成衰减，该衰减将会造成激光通信距离的减小，影响通信性能的质量。由于空间激光通信系统是用于两个固定点之间长达数公里的高速通信。与射频对应链路相比，它的链路具有非常高的可用光带宽，允许更高的数据速
图 2.1 大气湍流的形成和发展2.2 大气湍流效应实际上大气湍流是在不断的运动，而这种运动又是随机的。所以将会造成太阳辐射的加热总是存在垂直方向上的湿度梯度以及温度梯度，又加上各种自然现象以及大气成分的不同，导致不同部分的大气其物理性质也有差异。正是由于这些差异而造成气流速度的随机变化以及大气密度的变化，进而导致大气的折射率也在变化。由于大气折射率的不同从而引起激光在大气湍流中传输时的信号相位、振幅等也随机变化，所以产生了光强闪烁、光束漂移、光束扩展以及到达角起伏和相位起伏等一系列大气湍流效应。这些效应将造成接收面上的光强分布以及光斑半径等均受到很大的影响，从而使激光通信系统的稳定性和可靠性均有所下降[19]。其中光强闪烁造成的影响最为明显，也是本文的重点研究对象。大气湍流现象还与天气有关，天气越晴朗，该现象将会越明显。下面简单介绍一下常见的几种大气湍流效应：
【参考文献】：
期刊论文
[1]双伽马湍流信道下多阶脉冲位置调制误码率性能分析[J]. 鞠茂光,岳鹏,刘增基,易湘. 光电子.激光. 2013(09)
[2]空地激光通信链路功率与通信性能分析与仿真[J]. 于林韬,宋路,韩成,周德春. 光子学报. 2013(05)
[3]大气湍流对激光信号传输影响的研究[J]. 张文涛,朱保华. 电子科技大学学报. 2007(04)
[4]大气湍流对激光信号传输影响的分析研究[J]. 袁纵横,张文涛. 激光与红外. 2006(04)
[5]国内外空间光通信技术发展及趋势研究[J]. 孙兆伟,吴国强,孔宪仁,赵丹. 光通信技术. 2005(09)
[6]大气温度分布特性及对折射率结构常数的影响[J]. 孙刚,翁宁泉,肖黎明,马成胜,吴毅. 光学学报. 2004(05)
[7]空-地激光通信链路地面站选址大气信道传输因素研究[J]. 李晓峰,胡渝. 宇航学报. 2003(05)
[8]自由空间光通信技术[J]. 朱震,陈凌. 光通信技术. 2003(01)
[9]湍流大气中的光波闪烁研究[J]. 郭立新,骆志敏,吴振森,张民. 西安电子科技大学学报. 2001(03)
博士论文
[1]大气激光通信中光强闪烁及其抑制技术的研究[D]. 易湘.西安电子科技大学 2013
硕士论文
[1]大气随机信道对无线激光通信的影响[D]. 邓代竹.西南交通大学 2004
本文编号：3594618
【文章来源】：长春理工大学吉林省
【文章页数】：55 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
地空天全方位信息传递系统图
3图 1.1 地空天全方位信息传递系统图1.2 空间激光通信的特点通过大气利用激光进行信息传输的一种通信方式称为大气激光通信。它的原理是以大气为信道以激光为载波完成点到点或到多点的信息传递，具体情况如图（1.2）所示。空间激光依据通信道的不同以及它应用背景的不同又可分为三大类：星际激光通信、星地激光通信以及地面无线光网。由于星际通信链路没有云层的遮挡且空气稀薄，故几乎不受大气的影响，加上天空背景光弱，故它能提供很高的信噪比，从而使它获得更优的通信性能[3]。地面无线光网的通信链路在近地大气中并且可看成几乎处于同一水平面上，此时大气的温度和它的运动情况基本保持不变，所以此时信道中各个参量还是相对比较稳定的。星地激光通信实现了卫星或飞机和地面站之间的通信，在其链路中，采用红外激光作为光源，进行远距离的点对点通信。但是，此链路的一部分在大气层中，大气会对激光通信造成衰减，该衰减将会造成激光通信距离的减小，影响通信性能的质量。由于空间激光通信系统是用于两个固定点之间长达数公里的高速通信。与射频对应链路相比，它的链路具有非常高的可用光带宽，允许更高的数据速
图 2.1 大气湍流的形成和发展2.2 大气湍流效应实际上大气湍流是在不断的运动，而这种运动又是随机的。所以将会造成太阳辐射的加热总是存在垂直方向上的湿度梯度以及温度梯度，又加上各种自然现象以及大气成分的不同，导致不同部分的大气其物理性质也有差异。正是由于这些差异而造成气流速度的随机变化以及大气密度的变化，进而导致大气的折射率也在变化。由于大气折射率的不同从而引起激光在大气湍流中传输时的信号相位、振幅等也随机变化，所以产生了光强闪烁、光束漂移、光束扩展以及到达角起伏和相位起伏等一系列大气湍流效应。这些效应将造成接收面上的光强分布以及光斑半径等均受到很大的影响，从而使激光通信系统的稳定性和可靠性均有所下降[19]。其中光强闪烁造成的影响最为明显，也是本文的重点研究对象。大气湍流现象还与天气有关，天气越晴朗，该现象将会越明显。下面简单介绍一下常见的几种大气湍流效应：
【参考文献】：
期刊论文
[1]双伽马湍流信道下多阶脉冲位置调制误码率性能分析[J]. 鞠茂光,岳鹏,刘增基,易湘. 光电子.激光. 2013(09)
[2]空地激光通信链路功率与通信性能分析与仿真[J]. 于林韬,宋路,韩成,周德春. 光子学报. 2013(05)
[3]大气湍流对激光信号传输影响的研究[J]. 张文涛,朱保华. 电子科技大学学报. 2007(04)
[4]大气湍流对激光信号传输影响的分析研究[J]. 袁纵横,张文涛. 激光与红外. 2006(04)
[5]国内外空间光通信技术发展及趋势研究[J]. 孙兆伟,吴国强,孔宪仁,赵丹. 光通信技术. 2005(09)
[6]大气温度分布特性及对折射率结构常数的影响[J]. 孙刚,翁宁泉,肖黎明,马成胜,吴毅. 光学学报. 2004(05)
[7]空-地激光通信链路地面站选址大气信道传输因素研究[J]. 李晓峰,胡渝. 宇航学报. 2003(05)
[8]自由空间光通信技术[J]. 朱震,陈凌. 光通信技术. 2003(01)
[9]湍流大气中的光波闪烁研究[J]. 郭立新,骆志敏,吴振森,张民. 西安电子科技大学学报. 2001(03)
博士论文
[1]大气激光通信中光强闪烁及其抑制技术的研究[D]. 易湘.西安电子科技大学 2013
硕士论文
[1]大气随机信道对无线激光通信的影响[D]. 邓代竹.西南交通大学 2004
本文编号：3594618
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