大气湍流环境下FSO系统中光强闪烁特性测量研究

发布时间：2023-03-18 23:29

　　受大气湍流的影响,激光传输时会产生光强闪烁、光斑漂移、到达角起伏和光束扩展等湍流效应,使系统的误码率增加,阻碍了无线光通信技术的发展。其中光强闪烁效应是影响通信性能的主要因素,表现为激光在传输过程中接收端光强发生随机变化,导致接收信号的光强下降至判决门限之下,严重时造成激光传输链路中断,因此针对光强闪烁特性进行测量分析具有很高的研究价值。研究发现,大气环境在不同的地区存在不同的特征。西安在秋冬季节频繁出现严重的雾霾天气,使得该地区大气湍流较为复杂。为此,本文在西安地区搭建外场激光传输链路对不同天气下的光强分布及闪烁特性进行测量研究。论文主要工作如下:(1)介绍了大气结构的构成及湍流形成的原因,分析了湍流效应对大气激光通信系统的影响,阐述了描述光学湍流特征参数的测量方法。(2)依据光强闪烁理论,搭建了链路长度为2500m的实验系统,测量西安地区光强闪烁特性。分析了激光光束在五种不同天气条件下的光强空间分布特征,通过对实验采集到的光斑图像进行处理,发现不同天气条件下光斑光强均服从类高斯分布,晴天的光斑陡峭度最大,阴天次之,雾霾天和雪天较为平缓;并按照晴天、阴天、雾霾天、雨天、雪天的次序,光...

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【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景与意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 国外研究现状
        1.2.2 国内研究现状
    1.3 论文的主要内容与结构
2.大气环境对激光传输的影响
    2.1 大气湍流描述
        2.1.1 大气基本状态及结构组成
        2.1.2 大气湍流的形成及特点
    2.2 大气吸收与散射
        2.2.1 大气吸收
        2.2.2 大气散射
    2.3 大气湍流的特征参数
        2.3.1 大气折射率结构常数
        2.3.2 大气相干长度
        2.3.3 等晕角
    2.4 本章小结
3.湍流效应对激光传输的影响
    3.1 湍流效应的主要表现方式
        3.1.1 光束扩展
        3.1.2 光斑漂移
        3.1.3 到达角起伏
        3.1.4 光强闪烁
    3.2 光强闪烁概率分布模型
        3.2.1 弱湍流环境光强闪烁概率分布
        3.2.2 强湍流环境光强闪烁概率分布
        3.2.3 由弱至强湍流环境光强闪烁概率分布
    3.3 本章小结
4.实验测量系统
    4.1 几种大气折射率结构常数测量方法
        4.1.1 闪烁指数测量法
        4.1.2 到达角起伏方差测量法
        4.1.3 热感探空仪测量技术
        4.1.4 激光雷达测量技术
        4.1.5 无源测量技术
    4.2 实验系统及其参数
        4.2.1 实验系统
        4.2.2 系统参数设置
        4.2.3 测量地点的选择
    4.3 本章小结
5.光强闪烁特性实验及分析
    5.1 光强空间分布统计特性
        5.1.1 远场光强分布理论
        5.1.2 光斑图像预处理
        5.1.3 实验结果及分析
    5.2 光强闪烁时间统计特性
        5.2.1 大气折射率结构常数统计特征
        5.2.2 闪烁指数统计特征
        5.2.3 光强闪烁概率密度分布
    5.3 本章小结
6.总结和展望
    6.1 工作总结
    6.2 工作展望
致谢
参考文献
攻读学位期间主要研究成果



本文编号：3764076