基于单光子探测及脉冲位置调制的激光通信关键技术研究

为了实现高灵敏度的空间激光通信,并提高传输信道的抗干扰能力,将单光子探测技术和脉冲位置调制技术相结合,采用门控电路与反馈淬灭电路相结合的方式淬灭单光子探测器雪崩,设计了插入帧头法用于脉冲位置调制解调。用现场可编程门阵列进行了脉冲位置调制解调过程的仿真,验证了插入帧头法的有效性与可行性。在此基础上搭建了1 550 nm的脉冲位置调制激光通信实验,同时测试了单光子探测器在不同参数下的性能。结果表明,当探测效率为25%,触发延时为8.00 ns,门宽为5.0 ns,死时间为0.1μs时,单光子探测器性能最佳。最后测试了不同调制速率下单光子探测器的探测灵敏度,结果表明,当通信码速率为1 Mbps时,通信灵敏度为-51.8 dBm;当通信码速率为4 Mbps时,通信灵敏度为-41.0 dBm,实现了高灵敏度的空间激光通信。     

大气激光通信中的多层空间脉冲位置幅度调制

针对现有光空间脉冲位置调制频谱效率低、激光器利用率不高等问题,将分层技术与空间脉冲位置幅度调制相结合,提出了一种适合于大气激光通信的多层空间脉冲位置幅度调制方案.通过额外增加少量几个激光器构成多层结构,并通过脉冲位置幅度调制中的脉冲位置携带比特信息,不同层通过脉冲幅度得到区分.介绍了系统中层映射、空间脉冲位置幅度映射及其逆映射的原理,并推导出该方案的误码率表达式.利用蒙特卡洛仿真方法进一步验证了该方案的正确性,并与传统空间调制系统的性能进行了对比.结果表明:与传统光空间调制系统相比,所提方案提高了系统的频谱效率,且所用激光器数目更少.在传输比特相同的条件下,相对于(32,4,128)-空间脉冲位置调制系统,(9,4,8,2)-多层空间脉冲位置幅度调制系统的频谱效率提高了16倍,当误码率为10-3时,其信噪比改善了约1dB,且所用激光器数目不到前者的1/3.其中,括号中的参数分别表示激光器数目、探测器数目、采用调制方式的阶数及层数,层数为1时忽略.     

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。     

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。     

大气湍流对激光通信系统的影响

从分析激光在大气湍流场中的传输方程出发,忽略系统中的其它噪声,仅考虑由大气喘流引起的系统误码率,讨论了激光信号在传输过程中的振幅起伏以及强度起伏;推导出由大气湍流引起的光强起伏和系统误码率的关系,结果表明:在弱起伏条件下,对于系统误码率为10－9以下的要求,光强起伏应小于0.67;随着湍流强度C2n的增大,误码率增加很快;采用长波长的激光进行传输可以有效地降低系统误码率.     

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。     

车辆间大气激光移动通信调制方式研究

对大气激光移动通信的调制方式进行了研究,介绍了OOK、PPM、DPPM、DPIM及DH-PIM调制方式并分析了其各项性能指标,提出一种H-PPM调制方式并与其它调制方式进行了比较.该方式在继承标准PPM优良误码特性的同时,在接收端解调时不需要符号同步,简化了接收机的设计,降低了系统实现的难度.理论分析和仿真结果表明,此H-PPM调制方式可以满足移动车辆间短距离、高可靠性、小数据容量激光通信的需要.     

雾对大气激光通信系统的影响及克服方法

分析了雾产生的原因、相关数学模型及其对大气激光通信系统的影响.为了克服雾对无线光通信链路的影响,将LDPC码作为信道编码应用到大气激光通信系统中,并结合置信传播迭代译码算法和副载波PSK强度调制方案,在有雾的大气信道中进行了仿真.仿真结果表明：LDPC码具有优越的纠错能力,并获得了较大的编码增益,该方案可以满足大气激光通信系统的需要.     

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。     

车辆间大气激光移动通信调制方式研究

对大气激光移动通信的调制方式进行了研究,介绍了OOK、PPM、DPPM、DPIM及DH-PIM调制方式并分析了其各项性能指标,提出一种H-PPM调制方式并与其它调制方式进行了比较.该方式在继承标准PPM优良误码特性的同时,在接收端解调时不需要符号同步,简化了接收机的设计,降低了系统实现的难度.理论分析和仿真结果表明,此H-PPM调制方式可以满足移动车辆间短距离、高可靠性、小数据容量激光通信的需要.     

大气湍流对空间激光通信跟踪系统的影响

基于大气信道内的空间激光通信演示验证实验,对系统光斑跟踪精度的影响因素进行了分析,研究了大气湍流对光斑跟踪精度的影响,建立了光斑质心检测模型,设计了一套信标光光斑粗精复合跟踪系统.搭建了室内测试实验系统,完成了大气湍流对光斑跟踪精度影响的测量,结果表明在中弱湍流时,跟踪精度随湍流增大有近似线性关系,系统整体跟踪精度在5~15μrad之间,可较好地完成光斑跟踪功能.在野外环境开展的飞机-飞机激光通信演示实验中,对伺服系统的跟踪性能及跟踪精度进行实际测量,整体跟踪精度不大于15μrad,与室内实验测试系统基本一致.     

紫外光通信中基于大气散射理论的传输模型

在研究单次散射模型的基础上, 针对单次散射模型不能对天气变化对紫外光信号造成的影响做出模拟的不足, 结合大气散射理论构建了紫外光传输的二次散射模型。研究了瑞利散射和米氏(Mie)散射在四种典型天气条件下的散射相函数, 仿真得出了紫外光被大气中的粒子散射后的能量分布情况, 将其引入二次散射模型, 并确定了各种天气条件下的散射粒子浓度后对紫外光通信系统做出性能仿真。计算结果表明, 二次散射模型可以仿真不同的天气条件下的紫外光通信系统的性能, 从仿真结果上验证了非直视通信的可实现性。并得出, 在雨、雾天气下, 紫外光信号衰减剧烈, 接收仰角不可过大; 在天气晴好时, 能更好的实现紫外光非直视通信, 接收仰角可达到180°。长距离通信时, 天气状况变化对通信性能影响更大。     

大气到海洋激光通信信道仿真

详细分析了蓝绿激光穿过大气海洋信道的信道效应和物理特性,利用理论分析和蒙特卡罗模拟方法完成对光信道仿真。介绍了大气海洋激光通信蒙特卡罗模拟方法及计算步骤。研究了不同厚度云层对光束投影面积的展宽,和光脉冲穿过不同深度海水后的空间分布和时域信号波形,讨论了其不同的展宽机理,并对信道的噪声分布进行了分析。发现云层对光脉冲展宽作用在云层厚度500 m时达到饱和,信号能量的随机起伏随海水深度的增加而增大,但能量分布的半峰全宽并不增加,大气海洋的综合信道效应可以用时延滤波器进行建模。     

非原始激光照像全息图的组合复制技术的研究

使用ＰＶＣ、ＰＥＴ热塑全息膜，经过组合、高精度拼制及处理，电铸翻制成新的银版。可以用不同图案的全息模压膜任意组合成新图案，这是一种复制ＧＧＭ的新方法。成本低，方法简单，有实际应用价值。     

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.     

基于无线通信的激光超声测量系统

激光超声测量技术是一种重要和先进的非接触式超声测量技术.为了减少测量系统各构成部分间的电缆连接,将无线通信技术与激光测量技术的特点相结合,研究了一种激光超声无损测量系统,分析了该测量系统的原理及构成.系统用掺钕钇铝石榴石固体激光器在材料中激励超声波,压电换能器接收超声信号.该信号经系统级芯片MSP430F2274单片机放大、模数转换成数字信号,然后由单片机控制nRF905芯片进行信号的无线传输.接收部分的单片机采用RS-232-C接口标准实现与计算机的串行通信,把信号送入计算机显示记录存储和处理.结果表明该系统实现了激光超声的近程无线测量, 简化了系统的结构,传输性能稳定,对周围电子仪器干扰小,显示了很好的应用前景.     

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.