大气湍流影响星地激光通信误码率建模与仿真分析

发布时间:2018-03-04 23:07

  本文选题:星地激光通信 切入点:大气湍流 出处:《中国科学技术大学》2017年硕士论文 论文类型:学位论文


【摘要】:与传统的微波通信相比,激光通信具有带宽宽、传输速率快、安全保密性好等优点,已成为近年来的研究热点。但是在星地激光通信链路中,湍流造成的折射率随机变化会引起接收端的光强起伏和相位起伏,会导致系统信噪比降低,误码率升高。因此,研究大气湍流如何影响星地激光通信的误码率具有重要意义。实验方法研究该问题周期长、费用高,而通过理论分析往往因为参数众多不能取得精确的结果,因此本文采用建模仿真的方法进行研究。本文重点阐述大气光学湍流影响高斯信号光束整层大气传输的模型和数值仿真算法。并就相干BPSK或非相干OOK探测方式下,包含或不包含自适应光学校正系统条件下的大气湍流影响星地激光下行链路误码率问题进行了的仿真分析。将高斯光束以一定的天顶角从地球同步轨道卫星处出发经过真空传输和大气传输到达地面站点接收端。本文采用等Rytov方差的方法对大气湍流廓线模型下的大气湍流进行分层,利用快速傅立叶变换的相位屏生成算法在每一层湍流中间插入一个随机相位屏,令光束在32个相位屏之间分段传输得到接收端的光束复振幅。然后,利用平面波的闪烁指数和光强概率密度对高斯光束传输结果进行检验。最后分别推导了非相干OOK调制和相干BPSK调制的光通信系统误码率模型,将星地激光下行传输结果带入误码率模型得到大气湍流对系统误码率的影响。同时,还利用Zernike多项式相位补偿分析了自适应光学系统的对通信性能的提高作用。本文建立起来的星地光通信误码率仿真模型对星地激光通信系统的研制具有参考价值,可以为通信系统探测方式、调制方式、收发装置的设计提供重要的理论依据。因此本文的研究成果具有重要的指导意义和参考价值。
[Abstract]:Compared with traditional microwave communication, laser communication has many advantages, such as wide bandwidth, fast transmission rate, good security and secrecy, etc. It has become a research hotspot in recent years. The random change of refractive index caused by turbulence will cause the light intensity fluctuation and phase fluctuation at the receiving end, which will reduce the SNR of the system and increase the bit error rate. It is of great significance to study how atmospheric turbulence affects the bit error rate of satellite-to-ground laser communication. The experimental method has the advantages of long period and high cost, but the theoretical analysis is often unable to obtain accurate results because of the large number of parameters. In this paper, the modeling and simulation methods are used to study the effects of atmospheric optical turbulence on the atmospheric propagation of Gao Si signal in the whole layer. In this paper, the model and numerical simulation algorithm for the atmospheric propagation of Gao Si signal in the whole layer are described. In the case of coherent BPSK or incoherent OOK detection, Simulation analysis of the effect of atmospheric turbulence on bit error rate in satellite-ground laser downlink with or without adaptive optical correction system is carried out. The Gao Si beam is emitted from geosynchronous orbit satellite at a certain zenith angle. In this paper, the atmospheric turbulence under the atmospheric turbulence profile model is stratified by using the method of equal Rytov variance. A random phase screen is inserted in the middle of each layer of turbulence by using the phase screen generation algorithm of fast Fourier transform, so that the beam propagates between 32 phase screens to obtain the complex amplitude of the beam at the receiving end. The transmission results of Gao Si beam are verified by using the flicker exponent of plane wave and the probability density of light intensity. Finally, the error rate models of incoherent OOK modulation and coherent BPSK modulation are derived, respectively. The effect of atmospheric turbulence on the error rate of the system is obtained by bringing the results of satellite and ground laser downlink transmission into the BER model. At the same time, The Zernike polynomial phase compensation is also used to analyze the effect of adaptive optical system on improving the communication performance. The simulation model of bit error rate (BER) for satellite-to-ground optical communication is established in this paper, which has reference value for the development of satellite-to-ground laser communication system. It can provide important theoretical basis for the design of detection mode, modulation mode and transceiver device of communication system, so the research results of this paper have important guiding significance and reference value.
【学位授予单位】:中国科学技术大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TN929.1

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 袁纵横;张文涛;;大气湍流对激光信号传输影响的分析研究[J];激光与红外;2006年04期

2 段美玲;李晋红;魏计林;;部分相干厄米高斯光束在斜程大气湍流中的扩展[J];强激光与粒子束;2013年09期

3 郭振华;许德胜;王世鹏;李再光;;大气湍流对激光传输的影响[J];激光技术;1992年02期

4 张慧敏,李新阳;热风式大气湍流模拟装置的哈特曼测量[J];光电工程;2004年S1期

5 胡朝晖,,姜文汉;受大气湍流影响的光学波前模拟[J];光电工程;1995年02期

6 崔索民;吴振森;;波束入射时大气湍流中漫射目标的散射[J];电波科学学报;1993年04期

7 陈武喝;大气湍流横向相干长度的计算[J];光电子·激光;1999年04期

8 王瑾;黄德修;元秀华;唐艺;;基于自适应滤波器的大气湍流噪声抑制[J];光学技术;2006年05期

9 甘新基;郭劲;付有余;王挺峰;程寿国;;大气场景模拟器中的湍流模拟方法[J];半导体光电;2006年06期

10 陈栋;朱文越;黄印博;饶瑞中;;海洋大气湍流对海军光电装备性能的影响[J];红外与激光工程;2010年02期

相关会议论文 前10条

1 贾鹏;;大气湍流相位屏的分形模拟[A];中国天文学会2011年学术年会手册[C];2011年

2 申永;刘建国;曾宗泳;徐亮;方武;;用于光传输实验的大气湍流模拟装置[A];中国光学学会2010年光学大会论文集[C];2010年

3 党宏杰;史学书;袁嗣杰;杨潇;;大气湍流对深空天线组阵影响的仿真与分析[A];全国第4届信号和智能信息处理与应用学术会议论文集[C];2010年

4 万敏;苏毅;向汝建;;激光导引星自适应光学系统对大气湍流低阶像差校正效果分析[A];中国工程物理研究院科技年报(2001)[C];2001年

5 元秀华;黄德修;谭林伟;;基于遗传算法的FSO系统大气湍流自适应补偿技术研究[A];中国光学学会2006年学术大会论文摘要集[C];2006年

6 廖天河;刘伟;高穹;;多光束传输对大气湍流与热晕综合效应的改善[A];第十届全国光电技术学术交流会论文集[C];2012年

7 吴笛霄;陈栋;;应用Hill谱分析大气湍流环境下FSO通信的可行性[A];2009年先进光学技术及其应用研讨会论文集(下册)[C];2009年

8 叶一东;;大气湍流导致单束激光照明光强不均匀性的数值模拟[A];中国工程物理研究院科技年报(2000)[C];2000年

9 付强;姜会林;王晓曼;刘智;;大气湍流对高速激光通信影响的模拟实验研究[A];中国光学学会2011年学术大会摘要集[C];2011年

10 潘继敏;吴长奇;;大气光通信中发射器最佳配置[A];现代通信理论与信号处理进展——2003年通信理论与信号处理年会论文集[C];2003年

相关重要报纸文章 前1条

1 记者任福海;新型大气湍流随机波前发生器研发成功[N];中国技术市场报;2009年

相关博士学位论文 前7条

1 熊准;星地光通信中大气湍流影响的模拟与实验研究[D];武汉大学;2014年

2 陈浩;大气湍流中光波前的时空特性探测研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2012年

3 华志励;大气湍流背景下合成孔径激光雷达成像算法研究[D];中国海洋大学;2010年

4 姜义君;星地激光通信链路中大气湍流影响的理论和实验研究[D];哈尔滨工业大学;2010年

5 陈京元;大气湍流间歇性及其对光波传播的影响[D];中国工程物理研究院;2005年

6 杨瑞科;对流层地—空路径电磁(光)波传播的若干问题研究[D];西安电子科技大学;2003年

7 王海燕;基于张量方法研究部分相干光和部分偏振光在大气湍流中的传输特性[D];南京理工大学;2010年

相关硕士学位论文 前10条

1 张智源;斜程大气湍流对激光信号时域展宽特性影响研究[D];哈尔滨工业大学;2015年

2 王平;大气激光通信系统的研究与设计[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2015年

3 杨婧

本文编号:1567691


资料下载
论文发表

本文链接:https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/xixikjs/1567691.html


Copyright(c)文论论文网All Rights Reserved | 网站地图 |

版权申明:资料由用户4ca33***提供,本站仅收录摘要或目录,作者需要删除请E-mail邮箱bigeng88@qq.com