水平大气信道对激光脉冲时域展宽特性影响研究

摘要

随着21世纪的到来,人类进入了信息时代,信息的重要性急剧增加,信息量迅速增大,实现全球范围内的实时高速数据传输变得异常迫切和重要。自由空间光通信以其传输数据率高、保密性好、功耗低、体积小、重量轻等许多明显优于传统微波通信的特点被认为是实现全球范围内实时高速数据传输的有效途径。目前,美国、欧洲、日本已经相继开展了自由空间光通信系统的理论和应用研究。
　　大气信道是影响自由空间光通信系统性能的重要因素,其对激光信号的影响主要分为大气散射和大气湍流两种。随着自由空间光通信系统通信速率的快速提高,大气信道引起的激光脉冲时域展宽对通信系统误码率的影响越来越大,其严重制约了自由空间光通信系统的通信速率,所以研究大气信道对激光脉冲时域展宽特性影响具有重要的理论和应用价值。
　　本论文分别针对水平大气信道中大气散射和大气湍流对激光脉冲时域展宽特性的影响进行了Monte Carlo仿真研究,并建立了同时考虑大气散射和大气湍流的Monte Carlo仿真模型,具体成果如下:
　　(1)基于Mie散射理论建立了水平城市链路下大气散射对高斯激光脉冲时域展宽特性影响的Monte Carlo仿真模型,考虑到仿真结果的准确性,本仿真中利用散射元的参数实时计算每次散射的非对称因子g。基于该模型,分析了大气散射引起的激光脉冲时域展宽与传输距离、大气能见度、波长、接收端口径、初始脉冲宽度和光束跟踪误差等因素的关系,并给出了减小大气散射引起的激光脉冲时域展宽的优化方案。
　　(2)基于几何光学原理和大气湍流球泡模型,建立了水平链路下大气湍流对高斯激光脉冲时域展宽特性影响的Monte Carlo仿真模型。基于该模型,分析了大气湍流引起的激光脉冲时域展宽与传输距离、大气折射率起伏标准差Δn、波长、接收端口径、初始脉冲宽度和光束跟踪误差等因素的关系,并给出了减小大气湍流引起的激光脉冲时域展宽的优化方案。
　　(3)在大气散射模型和大气湍流模型的基础上,建立了水平链路下大气信道对高斯激光脉冲时域展宽特性影响的Monte Carlo仿真模型,并探讨了在水平大气信道对激光脉冲时域展宽特性影响中大气散射和大气湍流的相互作用关系。
　　(4)综合大气散射和大气湍流的影响,给出了在链路距离、大气信道条件等因素确定的情况下减小大气信道引起的激光脉冲时域展宽对自由空间光通信系统影响的优化方案。
　　本论文研究工作对大气信道对激光脉冲时域展宽特性影响研究具有借鉴意义,对自由空间光通信系统的设计和优化具有参考价值。

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第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究的主要内容

第2章 大气散射对激光脉冲时域展宽特性影响的仿真研究

2.1 激光脉冲在大气信道中传输的散射物理模型

2.2 考虑脉冲展宽的大气散射Monte Carlo仿真方法

2.3 大气散射对激光脉冲时域展宽影响研究

2.4 本章小结

第3章 大气湍流对激光脉冲时域展宽特性影响的仿真研究

3.1 激光脉冲在大气湍流中传输的物理描述

3.2考虑脉冲展宽的大气湍流Monte Carlo仿真方法

3.3考虑脉冲展宽的大气湍流Monte Carlo仿真方法的验证

3.4 大气湍流对激光脉冲时域展宽影响研究

3.5 本章小结

第4章 大气信道对激光脉冲时域展宽特性影响的仿真研究

4.1 激光脉冲在大气信道中传输的物理描述

4.2考虑脉冲展宽的大气信道Monte Carlo仿真方法

4.3 大气散射和大气湍流的相互作用关系

4.4 大气信道对激光脉冲时域展宽影响研究

4.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

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