大气湍流中空间光至单模光纤耦合的跟踪算法

通过模拟湍流波前的振幅起伏及相位起伏,研究了采用CCD探测器的湍流波前倾斜校正系统的空间光到单模光纤耦合功率的衰落特性,对CCD图像的跟踪算法进行了研究。仿真结果表明,在接收孔径直径与Fried 参数的比值较大时,采用质心跟踪算法的倾斜校正系统的性能很差,耦合光功率会产生严重衰落。提出了一种高斯模板匹配的倾斜校正跟踪算法,在湍流较强时,可以有效地降低耦合光功率的衰落深度,并且可以避免采用质心算法可能出现的大孔径接收性能低于小孔径的不利情况。     

大气湍流对空间光耦合至单模光纤的影响

根据弱湍理论,考虑湍流强度闪烁、孔径平均效应、湍流波前畸变及耦合系统跟踪误差的影响,导出了空间光到单模光纤的平均耦合效率及耦合功率起伏方差模型。根据Hufnagel-Valley 5/7折射率结构模型,对下行连接及上行连接的平均耦合效率及耦合功率起伏进行了研究。仿真结果表明,对于下行连接,随着地面接收天线孔径的增大,相对功率起伏先是由于孔径平均效应而减小,而后由于湍流波前畸变的影响而逐渐增大;对于上行连接,可忽略湍流波前畸变及孔径平均效应的影响。     

大气湍流对空间光耦合至单模光纤的影响

 根据弱湍理论,考虑湍流强度闪烁、孔径平均效应、湍流波前畸变及耦合系统跟踪误差的影响,导出了空间光到单模光纤的平均耦合效率及耦合功率起伏方差模型。根据Hufnagel-Valley 5/7折射率结构模型,对下行连接及上行连接的平均耦合效率及耦合功率起伏进行了研究。仿真结果表明,对于下行连接,随着地面接收天线孔径的增大,相对功率起伏先是由于孔径平均效应而减小,而后由于湍流波前畸变的影响而逐渐增大;对于上行连接,可忽略湍流波前畸变及孔径平均效应的影响。     

光通信 激光通信

TN929.1 2006043570大气湍流对空间光耦合至单模光纤的影响=Influence ofat mospheric turbulence on coupling space light into singlemode fiber[刊,中]/向劲松(电子科技大学物理电子学院四川,成都(610054)) ,陈彦…∥强激光与粒子束.—200618(3) .—377-380根据弱湍理论,考虑湍流强度闪烁、孔径平均效应、湍流波前畸变及耦合系统跟踪误差的影响,导出了空间光到单模光纤的平均耦合效率及耦合功率起伏方差模型。根据Hufnagel-Valley 5/7折射率结构模型,对下行连接及上行连接的平均耦合效率及耦合功率起伏进行了研究。仿真结果表明,对于…     

各向异性海洋湍流DHPIM无线光通信性能分析

水下无线光通信系统易受由折射率波动起伏引起的海洋湍流的影响,造成光强闪烁、光束漂移、光束扩展和波前畸变等效应,从而使光信号产生衰落,导致通信质量降低及通信性能恶化.利用扩展的惠更斯-菲涅耳原理和渐近Rytov理论分别导出有限尺寸探测器的平均接收光功率和辐照度通量方差,研究了Gamma-Gamma湍流信道模型下双头脉冲间...     

星地激光通信中分布式接收阵列的特性研究

星地激光通信中,发射机对准误差及大气湍流会引起接收信号衰落,对带前置光放大的阵列接收机,分析了分布式接收阵列的抗衰落性能。研究表明,分布式接收阵列对发射机对准误差引起的衰落具有一定抑制作用,阵列中各子接收孔径之间的距离可根据发射机对准误差及湍流的强弱进行优化设计。与传统式阵列相比,分布式阵列可以采用更窄的发射光束宽度,降低对发射功率的要求。分布式阵列的另一个重要特性还在于:当实际发射机对准误差标准差大于设计值时,通过调整阵列各子接收孔径之间的距离,可以在很大程度上降低发射机对准误差引起的功率损失。     

大气湍流像差对单模光纤耦合效率的影响分析及实验研究

空间激光到单模光纤(SMF)耦合技术是自由空间激光通信中的关键技术之一。在Matlab环境下仿真分析了单项波前像差和大气湍流像差对空间光到SMF耦合效率的影响,研究了随机并行梯度下降(SPGD)算法校正大气湍流中整体倾斜像差的迭代过程及对耦合效率的影响。仿真结果表明,SMF耦合效率随单项波前像差均方根(RMS)增加而降低,校正大气湍流中整体倾斜像差后,SMF耦合效率都有提高;当D/r0较小时,大气湍流像差中影响SMF耦合效率的主要像差为倾斜像差。搭建了基于SPGD算法的闭环控制系统,利用自适应光纤耦合器(AFC)校正模拟湍流倾斜像差后,SMF平均耦合效率从30.07%提升到了61.72%;耦合效率的均方误差(MSE)从7.28%降低到2.16%。     

基于SPGD算法的少模光纤耦合解复用系统动态湍流补偿仿真

在空间光通信系统中,激光在大气中传输时容易受湍流效应影响,且接收端往往使用模场半径极小的单模光纤进行空间光耦合,导致光纤耦合效率降低,影响通信系统性能.为了提高接收端光纤耦合效率,结合随机并行梯度下降(SPGD)算法和少模光纤耦合解复用系统对动态湍流所引起的波前相位畸变进行补偿校正,并实现了传输距离为5 km的空间光通信数值仿真.仿真结果表明:在不同的湍流强度和风速条件下,未经SPGD算法校正时,两模光纤的耦合效率比单模光纤提高了0.5 dB～1.5 dB,相对标准差降低了0.03～0.4;经过SPGD算法校正后,两模光纤的耦合效率比单模光纤提高了0.4 dB～2.2 dB,中强湍流下,相对标准差降低了0.1～0.2.因此在空间光通信中,采用少模光纤进行耦合接收比单模光纤具有更好的耦合效果,有利于提高通信系统稳定性.     

Zernike多项式展开系数的时间相关性

 分析了受大气湍流扰动的光波波前在系统接收孔径上的Zernike多项式展开系数的时间相关性,在此基础上进一步分析了从不同方向到达系统接收孔径的光波波前整体倾斜之间的相关性,并给出了光波在水平均匀大气中传播时的结果。     

Zernike多项式展开系数的时间相关性

分析了受大气湍流扰动的光波波前在系统接收孔径上的Zernike多项式展开系数的时间相关性,在此基础上进一步分析了从不同方向到达系统接收孔径的光波波前整体倾斜之间的相关性,并给出了光波在水平均匀大气中传播时的结果。     

前视声呐圆弧接收阵列结构优化设计

针对前视声呐线阵波束形成各向同性较差及半圆阵有效孔径受限的问题,提出了一种优化的圆弧接收阵列结构设计方法。根据不同的成像开角,设计圆弧接收阵圆心角使全部阵元参与所有来波方向的波束形成。建立圆弧接收阵的远近场聚焦模型,并推导圆弧接收阵的指向性函数,根据边界波束栅瓣阈值条件计算具有最佳波束性能的圆弧接收阵半径。对圆弧阵、线阵及半圆阵在不同扇区开角下的波束性能及扫查开角120°、纵深100 m的仿真图像对比表明,在成像开角为90°到130°时,圆弧接收阵主瓣性能提升了8%,边界波束栅瓣级优化了4%,交叉向分辨深度相对线阵与半圆阵分别增加了20 m和45 m,同时参数存储量仅为线阵的2.7%。该阵列兼具有效孔径大、波束各向同性的优点,能有效提高前视声呐系统探测性能,并降低算法实现难度。     

运动小孔径水平基阵估计目标深度

针对浅海动态声场,基于简正波模型提出了一种利用运动小孔径水平基阵估计目标深度的方法。通过合成孔径算法将运动小孔径水平基阵扩展成虚拟的大孔径水平基阵,利用稀疏近似最小方差准则可以在相对较小的合成孔径上估计各阶简正波模态能量,不同深度的模态匹配度由Camberra距离的负指数度量,目标深度估计结果是模态匹配度最大值对应深度。数值仿真与实验结果表明,在简正波声场结构基础上,声源频率越低则实现目标深度估计需要的合成孔径距离越小,当声源与阵列端射方向成一定角度时,对所需合成孔径的影响与其相对速度变化时的影响相同,在典型浅海水平分层波导中,当单阵元输入信噪比为10 dB时,准确估计200 Hz和350 Hz声源的深度,分别要求合成孔径大于12倍和16倍波导深度。利用实验数据验证了该方法对水下低频线谱声源的深度估计能力。     

Spatial diversity and combination technology using amplitude and phase weighting method for phase-coherent underwater acoustic communications

The UWA channel is characterized as a time-dispersive rapidly fading channel,which in addition exhibits Doppler instabilities and limited bandwidth. To eliminate intersymbol interference caused by multipath propagation, spatial diversity equalization is the main technical means. The paper combines the passive phase conjugation and spatial processing to maximize the output array gain. It uses signal-to-noise-plus-interference to evaluate the quality of signals received at different channels. The amplitude of signal is weighted using Sigmoid function. Second order PLL can trace the phase variation caused by channel, so the signal can be accumulated in the same phase. The signals received at different channels need to be normalized. It adopts fractional-decision feedback diversity equalizer(FDFDE) and achieves diversity equalization by using different channel weighted coefficients. The simulation and lake trial data processing results show that, the optimized diversity receiving equalization algorithm can improve communication system's ability in tracking the change of underwater acoustic channel,offset the impact of multipath and noise and improve the performance of communication system.The performance of the communication receiving system is better than that of the equal gain combination. At the same time, the bit error rate(BER) reduces 1.8%.     

基于阈值判断的CamShift目标跟踪算法

针对CamShift算法只利用目标的颜色信息,在跟踪过程中,易受目标相似物、遮挡以及光照等复杂背景影响导致目标搜索窗口发散,跟踪稳定性能降低,提出了一种基于阈值判断的目标跟踪方法。该方法将OTSU法和Snake模型结合,利用OTSU法以最佳阈值对图像进行分割,分离前景区域和背景区域,初步提取目标轮廓作为Snake模型的初始轮廓,经收敛得到目标的精准轮廓,利用轮廓外接最小矩形框内的像素计算目标质心,判断与CamShift算法中目标搜索窗口质心之间的欧式距离,如果未超出阈值,则直接使用CamShift算法跟踪目标,反之,则将计算出的目标质心作为CamShift算法中当前帧目标搜索窗口的质心跟踪目标。实验结果表明,该算法跟踪目标具有较好的实时性,跟踪性能稳定、可靠。     

Accuracy analysis on centroid estimation algorithm limited by photon noise for point object

The variance of the position of point object because of photon noise for centroid estimation algorithm is derived for the first time when the background cannot be eliminated by threshold. On this foundation, the accuracy of centroid estimation algorithm is analyzed by comparing its estimated efficiency (the ratio of the Cramer-Rao lower bound of point object and the variance for centroid algorithm) based on the classic estimation theory. The results indicated that the following factors influence the accuracy of centroid estimation algorithm: SBR (the ratio of the outputs from the signal light and the background), the Gaussian width of signal spot and the size of detected window. The effects of these factors are also described.     

部分相干环状偏心光束通过海洋湍流的传输特性

推导出了部分相干环状偏心光束在海洋湍流中传输的平均光强和光束质心位置的解析表达式, 并给出了最大光强位置满足的传输方程. 研究发现: 经足够长距离传输后, 在自由空间中最大光强位置比光束质心更靠近传输z轴, 并且其位置随着光束相干参数的增大而靠近传输z 轴, 随着光束偏心参数和遮拦比的增大而远离传输z轴. 但是, 在海洋湍流中最大光强位置趋于质心位置, 并且海洋湍流的增强会加速最大光强位置趋于质心位置的进程. 在海洋湍流中光束的相干性对光束传输特性的影响明显减小. 另一方面, 光束质心位置与光束的相干性、光束传输距离以及海洋湍流均无关系, 并且光束质心位置随着光束偏心参数和遮拦比的增大而远离传输z 轴. 所得结果对工作于水下湍流环境中的部分相干环状偏心光束的应用具有重要意义.     

极大口径光学望远镜凸非球面副镜的补偿检测法研究

提出了一种检测大口径、快焦比凸双曲面反射镜的补偿检验方法,补偿系统由一组小透镜和一块大口径反射标准镜组成,标准镜的口径约为被检验镜的1.8倍,该方法为极大口径光学望远镜凸非球面副镜的检验提供了一种有效的解决方案。以美国30 m望远镜（TMT）3.1 m,F/1的凸双曲面副镜为例,进行了补偿光路的设计优化。设计结果表明,该方法可以直接检测到直径达3.1 m的大口径、快焦比凸双曲面副镜的整个表面质量,补偿系统像差被校正得很好,PV值约为/100,弥散斑直径在衍射极限范围内。     

红外成像波门形心跟踪算法的误差分析

介绍了红外成像波门形心跟踪算法的原理,通过建立跟踪误差模型,讨论分析了红外成像波门形心跟踪算法的误差,当误判概率越小,波门内目标像素越多,背景像素越少时,形心跟踪误差越小;当信噪比越大,相关搜索的次数越少,相关运算的像素总数越多时,正确匹配系数越高。试验证明,该算法不仅能减小跟踪误差,而且能提高跟踪的精确度和稳定性。     

基于质心迭代估计的无线传感器网络节点定位算法

针对无线传感器网络非测距定位方法的应用,提出了基于质心迭代估计的节点定位算法.该算法首先计算当前连通信标节点所围成的平面质心的坐标及其与未知节点间的接收信号强度,然后用计算所得质心节点替代距离未知节点最远的连通信标节点,缩小连通信标节点所围成的平面,并通过多次迭代的方法提高节点定位精度.仿真实验结果表明,该算法的各项指标均为良好,适用于无线传感器网络的节点定位.