湍流对地-空光通信系统性能的影响及自适应光学补偿

空间通信在地 空通信中具有广阔的应用前景。大气湍流引起的相位噪声会严重地影响系统的性能,而自适应光学补偿可使问题得到很好的解决。分析了湍流引起的相位噪声问题,并以Hufnagel湍流模型为例,借助结构函数的概念对这一噪声进行了计算。论证了自适应光学补偿方案。     

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.     

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。     

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。     

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。     

不同大气信道对大气激光通信的影响研究

对自由空间光通信技术的基本原理进行了分析,并对该项技术目前所存在的关键问题一自由空间衰减效应做了重点研究,为实现不同天气条件下语音信号的传输进行了初步探索。     

大气湍流对激光束传输的影响讨论

分析大气湍流对光束的传播所产生的几个效应，给出激光束在大气湍流中传输的反射回波光强概率密度函数。     

大气信道间距与光束数目对光强起伏的影响

在Kolmogorov理论的基础上，推广了光束在接收面上相关函数的物理含义，分析了多光束在接收面上的相关性：并在此基础上形成多光束光强起伏方差的解析表达式。     

大气信道紫外光通信系统通信距离的增程方法

介绍了紫外光大气传输理论和非直视单散射模型.在此模型基础上,针对紫外光通信系统的结构设计对信道能量损耗的影响进行了理论上的定性分析.对不同天气、不同通信模式、不同几何结构参量条件下,大气信道所产生的能量损耗进行了定量仿真.仿真结果表明:能量衰减随通信距离的增加而增大;不同能见度条件下,能量衰减随通信距离的递增程度不同,能见度越高能量衰减越小,可实现的通信距离越远;通信距离随发射仰角的减小而增加,随接收仰角的减小而增加,且发射仰角对通信距离的影响程度大于接收仰角;通信距离随发射束散角的增加而增加,随接收视场角的减小而增加,且接收视场角对通信距离的影响程度远大于发射束散角.     

大气信道紫外光通信系统通信距离的增程方法

介绍了紫外光大气传输理论和非直视单散射模型.在此模型基础上,针对紫外光通信系统的结构设计对信道能量损耗的影响进行了理论上的定性分析.对不同天气、不同通信模式、不同几何结构参量条件下,大气信道所产生的能量损耗进行了定量仿真.仿真结果表明:能量衰减随通信距离的增加而增大;不同能见度条件下,能量衰减随通信距离的递增程度不同,能见度越高能量衰减越小,可实现的通信距离越远;通信距离随发射仰角的减小而增加,随接收仰角的减小而增加,且发射仰角对通信距离的影响程度大于接收仰角;通信距离随发射束散角的增加而增加,随接收视场角的减小而增加,且接收视场角对通信距离的影响程度远大于发射束散角.     

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。     

Sensing Atmospheric Turbulence by Laser Radiation

Atmospheric turbulence sensing by lateral fluctuations of thin beams is described. Practical use of correlation functions of lateral fluctuations to investigate the refractive index spectrum and its parameters, inner and outer scale and structure constant, is presented. A “maximum” method is also shown to derive the inner scale independently of the other parameters, without either knowing much of the turbulence or solving an inverse problem.Presented at the International Commission for Optics Topical Meeting, Kyoto, 1994.     

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.     

大气激光通信的实验测量

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．     

大气光通信中大气闪烁时间平滑效应研究

利用大气闪烁的时间平滑效应,增加光电探测器曝光时间是克服大气闪烁对大气光通信的瞄准、捕获、跟踪链路影响的有效途径之一.基于科尔莫戈罗夫谱,导出了弱湍流起伏区无限平面波和球面波的大气闪烁时间平滑因子的一般表达式,并且用几何光学近似得到了在大孔径和小孔径接收情况下的时间平滑因子近似表达式.在孔径远大于菲涅耳区尺度时,平面波和球面波的时间平滑因子的近似表达式与精确表达式的误差分别小于6%和3%.分析结果表明,孔径越小,时间平滑效应越显著,并且菲涅耳区尺度对时间平滑效应影响的程度也随着孔径的增加而减弱.     

弱湍流大气激光通信中的光强闪烁研究

大气激光通信中，湍流引起的光强闪烁严重影响通信系统的性能指标（误码率）。通过对湍流条件下光强分布的数值仿真，得出弱湍流时接收光强服从对数正态分布，与Rytov理论一致。用随机过程分析的方法给出了系统误码率与光强闪烁的关系，并进行MATLAB数值模拟。研究表明误码率随对数振幅方差（湍流强度）的增加而上升，且当对数振幅方差在0～0．02时，误码率随对数振幅方差的变化较快，近似呈线性递增。在工程中，可采用自适应光学或多发射机等技术抑制湍流对大气激光通信的影响。     

多发射机在大气激光通信中的应用

大气湍流引起的光强闪烁会严重影响大气激光通信系统的性能,使误码率增加。研究表明误码率随对数振幅方差（湍流强度）的增加而上升,为了减小误码率,可以采用多点发射以减小大气湍流对系统的影响,从而提高系统的可靠性。     

Ground-to-Satellite Optical Communication Link Performance with Spatial Diversity in Weak Atmospheric Turbulence

Abstract

In this article, performance improvement of a free-space optical communication link with spatial diversity is evaluated for coherent (sub-carrier BPSK and sub-carrier QPSK) and non-coherent (OOK and Q-PPM) modulation schemes in an atmospheric turbulence fading channel. Based on Kolmogorov's theory, the link performance characterized by the signal-to-noise ratio or bit error rate is evaluated for both modulation schemes. It is observed that there is performance improvement with the increase in the order of transmit diversity for all the modulation schemes. Sub-carrier BPSK modulation outperforms the other modulation schemes in terms of the minimum signal-to-noise ratio requirement for a given bit error rate. Also, the effect of correlation among different transmitting antenna beams on the link performance is analyzed.     

Acquisition Time for Ground-to-Satellite Optical Communication System in Weak Atmospheric Turbulence with Spatial Diversity

Abstract

In this article, various issues involved in a ground-to-satellite optical communication link (i.e., acquisition time, uncertainty area, and channel noise) are discussed. Acquisition time of a free-space optical link is evaluated for coherent (sub-carrier BPSK and QPSK) and non-coherent (OOK and -PPM) modulation schemes over weak turbulent channel with transmit diversity. In the analysis, both uncorrelated and correlated beams are considered. It is seen that an increase in transmit diversity order helps to improve the acquisition time, irrespective of turbulence strength in the atmosphere. At high correlation, a marginal change in acquisition time is observed with the increase in diversity order.