FSO系统中激光在雾霾环境下的大气透过率研究

发布时间：2020-06-10 20:10

【摘要】：目前,雾霾天气己经成为我国大部分地区一种危害性较人的常见天气。当无线光通信系统在雾通天气下应用时,雾霾粒子会对激光的强度造成衰减,降低系统接收端的光信号功率,使系统的误码率竹性能降低,严重时会造成激光“脱靶”,影响无线光通信系统的性能。本文针对雾霾环境中主要粒子的散射特性及激光在雾霾环境中的大气透过率进行了仿真分析,对不同通信距离下激光在雾霾环境中的接收功率进行了测量。论文针对雾霾环境中的典型粒子(雾滴粒子、沙尘粒子、烟煤粒子、PM2.5粒子和PM10粒子),利用Mie散射理论仿真分析了不同入射波长时的粒子散射特性。在此基础上,结合粒子的谱分布函数,利用蒙特卡洛方法仿真分析了不同入射波长时,粒子浓度与激光最大传输距离、传输衰减系数和透过率之间的关系。结果表明,粒子的消光系数随着尺度参数的不断增大,最终趋近于2,说明粒子对激光造成的总能量衰减大约为几何截面能量衰减的2倍;对不同的粒子而言,其前向散射较后向散射更强,整体散射过程中以前向散射为主;当入射波长较长时,激光的衰减系数较低,对应的激光最大传输距离与透过率较高,并在文中给出了特定粒子浓度时的激光传输参数值。在仿真分析的基础上,选取80m、340m和2500m链路对激光在实际雾霾环境中传输时的功率衰减进行了测量。根据雾环境与箱环境在定义上的区别和联系,本文在大量实验结果中选取符合雾环境和霾环境的数据,绘制出系统接收功率与激光大气透过率随能见度变化的曲线图,得出了激光在西安地区雾霾环境中传输的基本规律。将雾环境实测曲线与常用雾衰减经验模型进行对比分析可知,当激光在雾环境中进行传输时,各激光链路均有与之相对应的经验预测模型,表明在考虑不同的能见度和不同的传输距离时,经验模型具有一定的参考价值。
【图文】：

图 5-1 实验用光学天线的外形结构示意图ic diagram of the configuration of an optical ante发出的激光光束具有一定的发散角，利平行光束，并通过透镜聚焦获得尺寸较产的 OPHIR 牌 PD300-UV 型光功率计的接收端面为 10mm×10mm、所测波长。通过配套软件可以连接 PC 机进行实时面如图 5-2 所示。

图 5-1 实验用光学天线的外形结构示意图ematic diagram of the configuration of an optical antenna fo光源发出的激光光束具有一定的发散角，利用光准直平行光束，并通过透镜聚焦获得尺寸较小的列生产的 OPHIR 牌 PD300-UV 型光功率计，，其配备的接收端面为 10mm×10mm、所测波长范围mW。通过配套软件可以连接 PC 机进行实时存储收端面如图 5-2 所示。
【学位授予单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X513;TN249

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本文编号：2706797