星地激光通信中接收光信号的仿真方法

星地激光通信中, 由于大气湍流等影响, 接收光信号将出现包络起伏现象, 严重时将引起接收系统突发误码。为研究其中突发误码的发生规律及其对通信有效性的影响, 对接收光信号包络起伏的仿真方法进行了研究。针对常规的仿真方法在计算量、资源消耗、仿真时间长度等方面存在的诸多弱点, 提出了一种使用Gauss随机过程的幂级数拟合接收光信号幅度的仿真方法, 该方法利用接收光信号均值、方差、偏态系数和峰度系数计算各阶系数, 最高取到3次方项, 并使用FFT/IFFT实现时间功率谱特征拟合。仿真结果证明了该仿真方法的合理性。     

星地光通信多点地面接收方案的初步研究

分析了大气和背景辐射对星地光通信质量的影响,提出了一种新型的多点地面接收方案,用来提高通信质量.进行了原理性演示实验和对大气信道的理论仿真.结果均说明采用该方案来提高星地光通信质量是可行的.     

星地下行孔径接收闪烁频谱的理论研究

基于孔径接收的对数振幅时间相关函数,结合星地激光下行链路的实际情况,推导了适用于星地下行孔径接收的闪烁频谱表达式。进而分析了孔径尺度和湍流外尺度对闪烁频谱的影响。结果表明,下行孔径接收闪烁频谱分为低频段和高频段两个区间,低频段为常数,高频段呈幂指数规律变化,且幂律的绝对值为11/3。当接收孔径增加时,频谱的幅值和宽度逐渐减小,其形状保持不变。随着等效湍流外尺度的增加,低频谱的幅值逐渐增大,高频谱保持不变。     

野战激光通信中多口径发射与大口径接收试验研究

针对野战无线激光通信中大气衰减和光强起伏问题,分析了大气对激光通信的影响,探讨了多口径发射与大口径接收对大气影响抑制机理,在此基础上,构建了多口径发射和大口径接收试验装置,发射端发射孔径数目可调,接收端光学天线采用卡塞格伦结构,通过在光学天线前面增加不同口径光阑方式,改变天线口径。发射孔径数目增加到4束时,光强起伏方差约为单光束时的1/2,接收口径直径相差1.5倍时,闪烁方差之间相差1.6倍,验证了对大气湍流的抑制效果。根据理论分析与试验结果,对野战激光通信光端机的部分参数进行了优化设计。     

星地下行孔径接收闪烁频谱的理论研究

 基于孔径接收的对数振幅时间相关函数,结合星地激光下行链路的实际情况,推导了适用于星地下行孔径接收的闪烁频谱表达式。进而分析了孔径尺度和湍流外尺度对闪烁频谱的影响。结果表明,下行孔径接收闪烁频谱分为低频段和高频段两个区间,低频段为常数,高频段呈幂指数规律变化,且幂律的绝对值为11/3。当接收孔径增加时,频谱的幅值和宽度逐渐减小,其形状保持不变。随着等效湍流外尺度的增加,低频谱的幅值逐渐增大,高频谱保持不变。     

大气激光通信中稳定跟踪技术研究

为了研究大气激光通信中稳定跟踪所采用的器件及有效跟踪方法,分析了光束定位探测器件(电荷耦合器件和四象限光电探测器)的灵敏度特性,结合影响大气激光通信跟踪系统性能的五种大气湍流效应,分别讨论了光束漂移、光强起伏、光斑弥散、到达角起伏及光束扩展的原理.对质心跟踪算法和形心跟踪算法定位准确度的影响进行分析,得到在大气条件下形...     

大气激光通信中稳定跟踪技术研究

 为了研究大气激光通信中稳定跟踪所采用的器件及有效跟踪方法,分析了光束定位探测器件(电荷耦合器件和四象限光电探测器)的灵敏度特性,结合影响大气激光通信跟踪系统性能的五种大气湍流效应,分别讨论了光束漂移、光强起伏、光斑弥散、到达角起伏及光束扩展的原理.对质心跟踪算法和形心跟踪算法定位准确度的影响进行分析,得到在大气条件下形心算法的跟踪误差小于质心误差的结论,并通过实验进行了验证.     

大气信道对星地链路激光通信的影响

星地链路激光通信系统的运行不可避免地要受到湍流大气等随机介质的影响,从而可导致卫星接收信息误码或通信中断。基于Born近似和弱起伏下的Rytov近似,分析推导了激光光束从发射机经湍流大气斜程到达接收机(或目标)时的光场变化。采用McGlamery算法,对Kolmogorov功率谱下的大气湍流随机相位屏进行了数值模拟,进而在模拟的相位屏和惠更斯-菲涅尔原理基础上,将主要适用于模拟平面波相位波前的McGlamery算法推广应用到了高斯光束的光场模拟。研究表明:大气信道段对星地链路激光通信系统有着极为重要的影响,也间接说明了McGlamery算法对准直激光光束相位波前模拟的适用性。     

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．     

星地激光链路中光束发散角与跟瞄误差的最佳比值

实际星地光通信系统的发射光束为高斯型的情况下,跟瞄误差和大气闪烁是星地激光链路中的主要信道噪声源。在结合两者对系统性能影响的前提下,对星地激光通信链路进行了理论分析和模型建立。基于该模型对星地激光链路中光束发散角与跟瞄误差之比的优化选择问题进行了研究。结果表明：对于上行链路,在不同误码率需求下都存在一个光束发散角与跟瞄误差的最佳比值,使得上行链路余量最大;对于下行链路,在不同误码率要求下均存在一个光束发散角与跟瞄误差的最佳比值,使得下行发射光功率的需求最小。利用最优化方法和最小二乘法拟合,得到星地激光链路中光束发散角与跟瞄误差的最佳比值和系统误码率的经验公式。     

星-地下行传输孔径接收闪烁频谱的理论和实验研究

基于孔径接收的对数振幅相关函数,结合星地激光下行链路的实际情况,推导了星地下行孔径接收的闪烁频谱表达式。分析了天线孔径和天顶角对闪烁频谱的影响。通过恒星观测实验,对下行孔径接收的闪烁频谱进行了实际测量。实验结果验证了理论计算。研究表明,下行孔径接收的闪烁频谱分为低频段和高频段两部分。低频谱为常量,高频谱呈指数关系变化,指数下降因子为(-11/3)。随着接收孔径尺度增加或天顶角减小,频谱幅值逐渐减小,但闪烁频谱的形状保持不变。     

基于MIMO的无人机斜程激光通信性能分析北大核心CSCD

研究了大气湍流信道下无人机“空-地”斜程激光通信的下行链路单输入多输出(single input multiple output, SIMO)和上行链路多输入单输出(multiple input single output, MISO)技术。基于双伽马(Gamma-Gamma)分布的大气湍流模型,利用Meijer函数推导了大气湍流和指向误差联合影响下的SIMO下行链路误码率闭合表达式;利用α-μ分布建立了Gamma-Gamma湍流模型的MISO上行链路误码率性能近似表达式。系统研究了天线数、天顶角和指向误差对系统的影响,研究结果表明,空间分集技术可以有效改善系统的误码率性能,当束散角为500μrad、下行链路接收器和上行链路发射器为3时就可以得到超过10 dB的性能优化;天顶角对“空-地”斜程激光通信误码率性能影响显著,要达到系统误码率10-6的性能要求,天顶角需控制在30°左右的较小范围内。     

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。     

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。     

湍流大气光通信系统误码率分析与实验研究

自由空间光通信(FSO)系统的性能由于受大气湍流影响会产生剧烈波动。根据系统和大气参数评估系统差错性能的研究具有现实意义。以大气湍流信道和光电探测两个模型为基础,建立了FSO系统差错性能的数学仿真模型,提出了湍流条件下系统误码率计算公式。对仿真结果与弱湍流条件下获得的实验数据进行了比较,并依据此模型对光强起伏和背景噪声等因素的影响进行仿真。仿真结果表明,基于该模型的仿真结果与实验数据一致,光强起伏是引起系统性能波动的主要因素,最优判决阈值需根据实际大气条件进行调整。该模型可有效评估湍流条件下FSO系统性能,并为相关理论研究提供参考。     

大气弱湍流下星地光链路衰落特性影响因素分析

研究了弱湍流条件下星地光通信链路的衰落概率、平均衰落次数以及平均衰落时间3个重要参数的统计特性,并通过数值仿真分析了链路天顶角、光波长以及接收机海拔高度对链路衰落特性的影响。结果表明:减小天顶角和提高接收机探测灵敏度可以改善链路的衰落特性;1.55 m激光较0.85 m、1.06 m激光更适合于星地光通信;地面接收机应尽量建在2 000 m以上的高海拔地区。     

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。     

基于边缘技术的大气激光通信原理研究

介绍了利用边缘技术检测激光频率信号，实现大气激光通讯的原理。描述了利用碘分子滤波器作为边缘滤波器的原理性实验系统，并介绍和分析了实验结果。基于边缘技术的通讯系统拥有很窄的光学带宽和很高的激光频率稳定性，系统的光学信号带宽在400MHz以内，并且接收系统仅对激光信号的频率敏感，可以剔除大气中绝大部分的干扰。对于原理实验的不足之处，文中进行了初步的探讨。     

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。