空-地激光通信链路波长选择因素分析

空-地激光通信链路波长选择主要和通信传输所使用的大气随机信道、光束跟踪、捕获、瞄准(Acquisition,Pointing and Tracking-APT)子系统,通信子系统及接收、发射系统采用的主要光电器件等因素有关.本文对影响空-地激光通信链路波长选择的因素进行了分析,并根据上述影响因素开展了对通信波长的研究,促进了空-地激光通信系统的总体设计工作.     

激光通信

研究了星间激光通信中不同波长光放大器的应用方案,提出并分析了对应的应用技术难点。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、规律和在空一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。对激光在大气信道中的基本     

空间激光通信中湍流信道光束传输仿真

对大气光信道特性的研究是空间激光通信研究的重要组成部分。首先以大气湍流理论为基础,阐述了激光在大气中传输时受到的大气湍流的影响和分析方法。接着重点对近年来应用日益广泛的空间激光通信的数值仿真方法进行了综述。不仅介绍了基本传输方程及其求解方法,还对采用数值方法模拟光波在随机介质中传播的若干关键技术进行了分析。最后结合现有的研究成果,说明了数值方法在空间激光通信中的应用。     

空-地激光通信链路总体设计思路及重要概念研究

在介绍空 地激光通信链路总体设计思路的基础上对设计过程中涉及的“通信链路设计指标分配”、“大气信道对总体设计的影响分析”、“通信子系统设计”、“光束的捕 获、对准、跟踪(acquisition,pointing and tracking APT)子系统设计”、“光学系统设计”等内容中的重要概念进行了研究。对空 地激光通信链路总体设计思路及重要概念 进行研究，有助于我们做好空 地激光通信系统的总体设计工作，对实现空 地激光通信具有非常重要的意义。     

大气激光通信中多光束传输性能分析和信道建模

多光束传输技术是克服大气激光通信中大气湍流效应的有效途径之一。首先从理论上分析了大气湍流对多光束大气激光通信系统性能的影响和多光束大气传输的光强起伏特性，然后利用统计分析的方法，建立了一个以传输距离z、光束数目n、发射孔径之间的距离St、接收孔径Dr等为参量的多光束大气传输信道模型。最后，结合相关文献提供的实验结果对该信道模型进行了实验验证和误码性能分析。结果表明，当S1≥√λz或Dr远大于大气湍流相干长度ρo时，随着n的增大，接收光强将趋于对数正态分布．降低了大气激光通信系统的误码率，从而验证了多光束传输对于克服大气湍流影响的有效性。     

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。     

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。     

湍流效应对光通信链路的影响研究与仿真

通过对大气湍流效应的分析,研究了激光在大气中传输时受大气随机信道的影响,通过软件实时显示光斑的闪烁、漂移,为进一步优化激光通信系统性能设计,最终实现全天候的大气激光通信做了有意义的探索。     

复杂大气背景下机载通信终端与无人机目标之间的激光传输特性研究

云层、气溶胶和大气分子是大气环境的主要组成部分.本文基于逐次散射法求解辐射传输方程,建立了复杂大气背景下机载无线光通信终端与地空无人机目标之间的激光传输模型.考虑真实大气背景中卷云、大气分子和气溶胶存在的情况下,数值计算了1.55 mm激光经机载通信终端发出后通过大气背景的直接传输和一阶散射传输后接收功率随无人机目标高度的变化关系,分析了飞机在云上、云中和云下以及卷云冰晶粒子有效半径、飞机与无人机之间的水平距离对接收激光信号传输功率的影响.数值结果表明:激光通过卷云传输的功率很大程度上取决于飞机在云上、云下或云中的位置;飞机与无人机目标之间的水平距离和卷云冰晶粒子的有效半径对激光直接传输和一阶散射传输影响较大;与云上大气相比,云下的大气分子和气溶胶对激光有较大的衰减.本文工作可为进一步开展地空链路上复杂大气背景对机载与低空无人机目标激光通信实验、无人机编队、指挥和组网技术的研究提供理论支撑.     

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.     

Quantum cascade laser-based free space optical communications

The advent of the quantum cascade laser (QCL) with emission wavelengths available in the infrared range from 3 μm through more than 100 μm opens up the possibility of exploiting infrared atmospheric transparency windows for free space optical communications. In an effort to establish the efficacy of using directly modulated QCLs for free space communications we have conducted a series of investigations that demonstrate the potential advantages of this technology. In these experiments we first establish that the QCL has very high modulation bandwidth. We then implement a practical free space communications link that under conditions of atmospheric fog, dust and other obscurants offers significant transparency advantage when compared with near infrared wavelength sources presently used in commercial free space optical communications links.     

临近空间相干激光通信链路外差效率分析

临近空间相干激光通信链路是天地一体化高速通信网络节点间连接的重要链路。围绕外差效率这一表征大气湍流扰动后信号光和本振光相干合成的指标,推导了非均匀湍流路径上的外差效率理论表达式,并结合大气折射率结构常数廓线,开展了临近空间-地面、临近空间-临近空间和临近空间-低轨卫星三类临近空间相干激光通信链路的外差效率仿真。仿真结果表明:临近空间-低轨卫星链路可以忽略大气对外差效率的影响;如果临近空间-临近空间链路距离大于500km或是临近空间-地面链路天顶角大于60°,外差效率将小于50%,有必要采用自适应光学技术进行补偿。     

曝光时间对上行传输光束强度起伏的影响

上行传输光束的闪烁起伏影响星地激光链路的稳定性，而利用时间平滑效应，增加光电探测器曝光时间是克服大气闪烁的有效途径之一。考虑曝光时间的平滑效应，分别导出了小天顶角和大天顶角下的时间平滑因子表达式，在此基础上，分析了接收终端离地高度和天顶角对时间平滑效应的影响。研究结果表明，随着曝光时间的增大，上行传输光束的闪烁强度显著降低；随着接收终端离地高度和天顶角的增大，大气闪烁时间平滑作用降低。     

倾斜离轴高斯-谢尔模型光束在大气湍流中通过猫眼光学镜头反射光的光强特性

本文研究了大气湍流和探测光空间相干性对倾斜离轴激光束通过猫眼光学 镜头反射光光强特性的影响. 研究表明: 由于光阑效应以及光束倾斜或离轴, 反射光光强出现振荡和非对称分布现象. 大气湍流不会改变其非对称性, 但湍流中其光强不再振荡. 当猫眼光学镜头存在微弱正离焦δ_max情况下, 轴上光强可达到最大值. 猫眼光学镜头焦距越大, 所需δ_max越大. 但是, 大气湍流和探测光相干性好坏都不会改变所需δ_max值. 在大气湍流中传输距离足够远时, 反射光强会成为离轴类高斯分布. 随着传输距离的增大, 相干性越差的探测光的反射光束扩展可以更小, 这与部分相干光自由空间传输规律完全不同. 探测光相干性越好, 其反射光强受湍流的影响越大, 但差异不大. 本文所得结果对激光主动探测的应用具有意义. 关键词： 猫眼光学镜头 大气湍流 部分相干光 光强     

大气气溶胶物理光学特性研究进展

大气气溶胶粒子作为地气系统的重要组成成分之一，在紫外、可见到红外很宽的波段内对辐射传输产生影响，一方面通过对电磁波的散射和吸收作用，导致光波的能量衰减；另一方面则把吸收的能量转化为其本身的热能，起到加热大气的作用.这一过程在直接和间接的辐射气候效应的模拟、激光大气传输、高分辨率光谱研究、地基和空基遥感、大气辐射订正、环境监测技术、目标探测和识别、陆上交通和航空航海都有着重要作用.详细阐述了大气气溶胶物理光学特性近年来的研究进展，为气溶胶科学后续研究工作的更好开展提供参考. 关键词： 大气光学 大气气溶胶 物理光学特性 研究进展     

All-weather long-wavelength infrared free space optical communications

Long-wavelength infrared radiation possesses superior transmission through common atmospheric problems such as fog, clouds, and smoke than the shorter wavelength laser sources in use today. Recent improvements in LWIR laser and modulator design makes possible reliable optical replacements for radio and microwave communications links in many applications. This paper describes components and techniques developed for high-speed, full-duplex all-weather infrared communications systems.     

大气激光通信非对称限幅光正交频分复用技术

将一种新的正交频分复用调制技术运用到大气激光通信系统中,分析了采用这种非对称限幅光正交频分复用调制技术的大气激光通信系统在大气湍流信道下的性能.在此基础上,把非对称限幅光正交频分复用调制方案与传统的开关键控及直流偏置光正交频分复用调制方案进行了比较,并在大气湍流信道中进行了仿真.仿真结果表明:非对称限幅光正交频分复用调...     

基于自适应光学补偿的自由空间光通信系统性能研究

自由空间光通信在未来全球通信网中具有潜在的应用价值,然而自由空间光通信的性能易受大气湍流影响,而自适应光学能够解决大气湍流问题.在gamma-gamma分布大气湍流中,用自适应光学技术对自由空间光通信系统进行补偿,进行通信系统误码率的分析,给出了上行链路和下行链路的模拟结果.结果表明:自适应光学误差补偿技术能够很好地提高自由空间光通信的性能,并且低阶自适应光学补偿就能达到很好的校正效果.     

Analysis of Doppler-effect on satellite constellations with wavelength division multiplexing architectures

With the development of optical space communications, a global space-based optical backbone network is currently proposed by using broadband laser inter-satellite links （ISLs） which enable routing traffic through the space. Satellite optical networking techniques based on wavelength division multiplexing （WDM） ISLs can transit significantly high data rates signals. In this letter, a new function of wavelength excursion due to Doppler-effect is developed for the ISLs, considering the conception of pointing ahead mechanism. The characteristic of wavelength excursion induced by Doppler-effect is examined in one of low earth orbit （LEO） satellite constellation networks named the next-generation LEO system （NeLS） with WDM ISLs assumed, and the influence on its communications caused by wavelength excursion is analyzed.