大气激光通信的实验测量(英文)

设计了大气激光通信信道测量系统,利用此系统在不同气象条件下进行了近地视距实验测量并采集了不同天气条件下的实验数据,详细分析讨论了所得实验数据并进行了误差分析.同时实验中获得了大量数据,为进一步完善大气激光信道模型提供了有力的依据.     

用实验方法分析大气随机信道对激光传输的影响

文章介绍了为分析大气随机信道对激光传输影响而进行的激光远场实验，即光斑测量实验和光强测量实验。根据实验的目的和原理，自行研制了两套实验系统：一套为光斑实时测量和记录系统，另一套为光强实时测量和记录系统。运用以上两套实验系统进行了激光远场实验，记录了大量实验数据。通过对实验数据的处理，绘制了不同天气条件下光斑重心的变化曲线和光强的变化曲线。从实验上论证了大气随机信道对激光远场光斑的影响，并得出了大气对激光传输影响的统计规律。     

基于大气激光通信系统的实验测量研究

文中介绍了激光通过大气随机信道的光强分布测试系统的结构、工作原理和关键技术,在设计激光光斑测量系统基础上,进行了不同气象条件下的视距实验测量,给出了不同天气情况下的测量结果并进行了分析和讨论。用此系统可以方便、准确、形象地观测激光通过大气随机信道后光强的变化情况,为进一步建立大气随机信道模型提供了有力的依据。     

利用CCD研究激光束在大气随机信道中的传输特性

介绍了无线光通信系统中激光信号通过随机大气信道时，由于激光与大气介质的相互作用．对光信号产生的散射、吸收和湍流等效应。上述一系列效应对激光信号的传输产生巨大的影响、其中最为重要的影响效应有衰减、光束闪烁及抖动效应。通过一实验装置、利用CCD对通过大气信道的光束在不同能见度、不同大气条件和不同时刻等条件下对激光传输信号的图像的拍摄及所拍摄的图像的对比分析，验证了理论分析中的各种大气随机信道的效应。     

大气激光通信链路的性能仿真

大气衰减和大气湍流严重影响着大气激光通信的链路质量。建立了大气信道的激光通信链路模型，研究了衰减信道和湍流信道中光链路的传输影响，对最大通信速率、链路功率余量和误码率进行了分析和计算。结果表明，大气湍流严重影响系统误码率，当大气闪烁指数斫是0．07时，可达到的最小误码率为10^-9。分析结果可为系统设计提供参考依据。     

基于空间光调制器的MIMO大气传输特性研究

大气湍流对无线光通信系统的影响不可忽视,为了更准确地反映实验室模拟多输入、多输出(MIMO)大气湍流信道的实际特征,提出了一种利用相位屏来模拟MIMO大气湍流信道的方法,并针对基于液晶空间光调制器（LC-SLM）的液晶调制法展开研究,通过实验验证该方法的可行性。实验结果表明:通过相位屏模拟MIMO大气湍流信道的激光光斑发生不同程度的畸变,湍流环境下两路激光发射系统比单路发射激光系统功率稳定性好,在前向纠错误差极限（3.8×10?3）下,单个发射单个接收系统的链路代价为10.5 dB,2个发射2个接收的MIMO系统的链路代价为9.3 dB。该项研究对于实验室模拟MIMO大气湍流信道实验方法提供一种新思路。     

城市路径下激光光强起伏特性测量及链路余量估算

 在城市环境下进行了3.5 km的激光大气传输实验。实验中对光强起伏和到达角起伏进行了同步测量，分析了接收光强起伏的统计特性以及传输路径上大气折射率结构常数的特性。基于实验结果，对自由空间光通信中不同闪烁指数下的衰落冗余以及不同探测阈值下的衰落概率进行了估算，从而为空间光通信系统的设计提供可靠的实验基础。     

基于大气湍流效应的双波长激光传输特性实验研究

为研究大气湍流作用下不同波长激光信号的传输特性,建立了基于双波长条件下的激光光束传输实验测试系统,在此基础上进行了室外实验测量,得到了双波长光束同信道传输时的光束漂移和光强起伏变化的测试数据。实验结果表明,大气湍流对激光信号的传输具有较大的影响,且光强的闪烁系数与波长有很大的关系,选择波长较长的激光束可减少湍流对光强起伏的影响;光束质心漂移具有很大的随机性,且其质心变化与波长之间无明显的直接联系。实验测试数据结果与大气湍流理论相符合,对空间大气通信具有一定的参考价值。     

大气信道对空-地光通信的影响分析

大气随机信道对激光传输性能的影响是制约空-地激光通信的重要因素之一，因此开展对大气信道的研究对实现空-地激光通信具有非常重要的意义。对激光在大气中传输特性的研究，有助于了解激光通过大气信道传输时所产生变化的特征、规律和在空-地激光通信系统设计中寻找到合理的解决方案并很好地修正、补偿其对通信链路的影响。本文对激光在大气信道中的基本传输特性及大气随机信道对激光通信的影响进行了研究，同时提出了一些相应的解决途径。     

大气信道对激光脉冲延迟时间影响的仿真研究

分析了大气散射和吸收特性,并进一步研究了大气散射所引起的激光脉冲延迟效应,定量分析了在不同能见度、不同脉冲传输距离、不同散射系数和单程散射反照率的条件下,大气信道所产生激光脉冲传输延迟时间,为探测误差的校正提供了理论依据.通过对仿真结果的分析可知,在衰减系数不变的条件下,大气信道的散射越严重,散射所造成的路径延迟就越大,激光脉冲传输延迟时间也就越长;而大气的吸收效应越明显,激光脉冲传输延迟时间越短.     

南疆冬枣偏振参量模型户外光照条件适应性研究

农业遥感检测时,晴朗的天气是采集光谱的必要条件。本研究主要目的是：（1）通过高光谱偏振探测技术,探究不同天气（晴天、阴天、多云）对不同波长下南疆冬枣二向反射分布函数（BRDF）的偏振参量（S₀,ε₀,f₀₀）、线偏振度（Dolp）与理化值模型的影响;（2）对比不同天气条件下的实验结果,为户外红枣品质的遥感探测提供一定的环境适应性参考和前景应用性参考。利用统计分析方法,分析了南疆冬枣水分与其光谱偏振特性的统计关系,分别建立了不同天气条件下S₀,ε₀,f₀₀, Dolp的一阶导数光谱形式与南疆冬枣水分含量的统计方程,选用相关系数R、校正集样本的标准差（RMSEC）、预测集样本的标准差（RMSEP）共3个指标对模型的性能和预测能力进行评价。相关性分析结果表明：户外晴天、阴天、多云三种天气条件检测南疆冬枣品质时,水分含量与高光谱偏振数据之间具有较好的相关性,但多云天气条件下偏振参量、线偏振度与水分含量的相关性要优于晴天和阴天条件下的相关性,前者模型的相关系数最大,其r值分别为：0.913和0.914,且最接近暗箱光谱与水分含量模型的相关系数R的值：0.926。模型的可行性分析结果表明：三种天气条件下偏振参量、线偏振度与水分含量模型的校正集样本的标准差最大值分别为0.009 71和0.008 73,RMSEC的值越小,表明模型回归的越好。模型对外部样本的预测能力分析结果表明：三种天气条件下偏振参量、线偏振度与水分含量模型的预测集样本的标准差最大值分别为0.012 3和0.011 7,RMSEP的值越小,表明模型的预测能力越强,结果越准确。不同天气实验结果表明：因偏振有“强光弱化,弱光强化”的作用,通过对比晴天、阴天、多云实验结果,该方法有较好的环境适应性,在户外红枣品质遥感探测方面有广泛应用前景。     

兰州地区光强分布及其起伏特性研究

在兰州地区夜间进行了链路长为610m的激光传输实验,研究了高斯激光在不同天气条件下的光强分布及其起伏特性.采用三维伪彩色变换方法,分析了光斑光强的空间分布规律,得到了光斑主瓣光强服从类高斯分布,并按照晴天、多云天、阴天的顺序,光斑几何中心位置附近光强分布的陡峭度依次减小,而其衰减则依次增大的结论.同时,利用实测光强值分析了大气闪烁指数,结果表明:晴天、雨后晴天和阴天下的闪烁指数分别为0.225 4、0.189 2、0.188 8,这说明晴天下的光强起伏大于雨后晴天和阴天的,且均为弱起伏.通过对归一化光强的频数分布进行非线性拟合得到了光强的概率密度分布,它们均服从对数正态分布,其中晴天下的概率密度曲线的拟合优度更是达到了0.997 50.     

大气信道对红外激光通信系统性能影响的实验研究

针对近地面、准水平红外激光大气通信系统的应用,利用微脉冲激光雷达、大口径激光闪烁仪在济南市区进行了为期一周的昼夜连续观测,获得了影响红外激光通信系统性能的关键大气参量的信息.着重分析了大气衰减信道、大气湍流信道对一公里通信链路系统性能的影响,考查了通信设备在复杂大气条件下应用的可行性及可靠性.最后就减弱大气信道对通信性能影响的方法进行了总结和探讨.     

He-Ne激光器放电点火电压的实验研究

寻找能降低He—Ne激光器点火电压的外加催离剂．实验对He—Ne激光器的点火电压在阴、阳极被可见光照射、低放射源作用于放电管和阴极附近加强电场的条件下进行了测量．对不同外加条件作用下He—Ne激光器点火电压实验数据的误差进行了分析．实验结果指出，用可见光照射阴极或阳极不能降低He—Ne激光器的点火电压；能明显降低点火电压的因素可以是低放射源或外加强电场．     

Free-space laser communication performance in the atmospheric channel

In spite of the tremendous technical advancement of available components, the major limitation of free-space laser communication (lasercom) performance is due to the atmosphere, because a portion of the atmospheric path always includes turbulence and multiple scattering effects. Starting from a fundamental understanding of the laser communications system under diverse weather conditions, this chapter provides a comprehensive treatment of the evaluation of parameters needed for analyzing system performance. The significance of higher-order statistics of probability density functions of irradiance fluctuations due to turbulence to performance analysis is explained. Starting from link analysis, the necessary expressions relating link margin, bit-error-rate, signal-to-noise-ratio, and probability of fade statistics are presented. Results for laboratory-simulated atmospheric turbulence and multiple scattering are presented. Example numerical results for simulations of lasercom systems operating under various atmospheric conditions are presented for various scenarios such as uplink-downlink (e.g., between ground and satellite, aircraft or UAV) and horizontal (terrestrial) link. Both turbulence and multiple scattering effects have been included in the analysis with both on-off keying and pulse-position modulation schemes. Statistical estimation and computation of communication parameters presented in this chapter will be useful in designing and optimizing lasercom systems that are reliable under all weather conditions.     

基于NICE-OHMS技术进行大气压气样直接检测的理论分析

噪声免疫腔增强光外差分子光谱技术(NICE-OHMS)是目前世界上最灵敏的激光吸收光谱技术,其在低压环境中具有极高的探测灵敏度。然而当测量样品处于大气压时,NICE-OHMS系统的探测灵敏度会大幅下降。主要原因之一是大气压下获取最大NICE-OHMS信号幅度的条件与低气压下不同。通过对大气压NICE-OHMS理论进行分析,分析了影响信号幅度的参数,并通过数值模拟来寻找最佳的实验条件。本文着重讨论影响信号的主要参数包括光学腔腔长L,调制系数β,探测相位θ。其中,由于在NICE-OHMS中使用DeVoe-Brewer技术将调制频率ν_m锁定到Fabry-Parot(FP)腔的自由光谱区(FSR)。因此FP腔的腔长决定了ν_m,同时还作用于信号幅度S■。模拟结果显示,当腔长增大时,由于ν_m随之减小,载波和边带的光谱成分相互重叠部分增大,因此线型函数的幅度逐渐减小。而吸收信号幅度随着腔长的增加而逐渐增加,色散信号幅度先增大后减小,并且在腔长等于8 cm时达到最大值。调制系数β会影响频率调制后激光载波和边带的幅度大小,并且影响信号线型。随着腔长的增加,最大信号幅度对应的β值也随之增加。在相同腔长下,色散信号的最佳β值小于吸收信号,更容易使用电光调制器实现。最后分析了参数的可实现性,分析了不同种类激光器的频率调谐能力,压电陶瓷的扫描宽度等。以乙炔气体为例,大气压下NICE-OHMS的谱线半宽达到~3 GHz,而光谱覆盖范围大于10 GHz。分布反馈式半导体激光器(DFB)与外腔二极管激光器(ECDL)的频率调谐范围可以达到30 GHz以上,但是由于激光线宽宽,得到的PDH锁定性能欠佳。回音壁模式激光器(WGM)和掺饵光纤激光器(EDFL)线宽为百Hz量级,是目前高灵敏NICE-OHMS系统中常用的光源。但是WGM目前可以实现了5 GHz的激光频率调谐范围,而EDFL的外部电压可控制的调谐范围仅为3 GHz。使用精细度为55000的腔进行模拟,调制系数β=1,腔长大于8 cm时,可使用WGM激光器实现,腔长大于25 cm时,可以使用EDFL激光器实现。而对于在设计光学腔中常用的伸缩长度为25μm的PZT,随着腔长的增加,对应的腔模频移范围逐渐减小,在腔长为典型的40 cm时,扫描范围大于12 GHz。