高速率激光大气湍流传输脉冲展宽特性研究

摘要

自由空间激光通信系统发出的激光信号在大气信道中传输时，由于大气湍流的影响会导致激光在时域上产生脉冲展宽现象。光通信系统传输速率越高，码元之间的间隔越小，激光脉冲展宽引起码元之间互相交叠越严重，造成系统误码率大幅升高，严重制约了自由空间光通信系统通信速率的进一步提高和光通信系统的性能。
　　本文针对高速率激光大气湍流传输脉冲展宽特性进行了理论分析和仿真研究：利用快速傅里叶变换方法产生了Kolmogorov湍流理论的相位屏，并采用低频谐波补偿方法，改善了相位屏的低频统计特性。基于所产生的相位屏，采用分步传输方法对准直激光通过Kolmogorov大气湍流进行了数值仿真，深入分析了不同大气湍流强度下的脉冲展宽情况，以及脉冲展宽对通信系统性能的影响，最后，对高速率激光通过大气湍流后的光强起伏、光束扩展、光束漂移等分别进行了建模仿真，得出了不同大气湍流强度下的湍流效应（光强起伏、光束扩展、光束漂移）的变化情况，并分别与高速率激光通过大气湍流后的脉冲展宽进行联合仿真，系统研究了各个湍流效应与通过湍流后的脉冲展宽的关联性，得出了脉冲展宽与光束扩展、光强起伏、光束漂移的对应关系。研究结果表明，随着湍流效应（光强起伏、光束扩展、光束漂移）的增强，脉冲展宽相应的以非线性形式迅速增加。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1 课题背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 论文各章节安排

第二章 大气激光通信系统及传输信道概述

2.1 大气激光通信系统模型

2.2 激光大气传输信道模型分析

2.3 大气湍流效应

2.4 本章小结

第三章 激光大气湍流传输的建模和仿真

3.1 大气湍流对激光脉冲展宽理论分析

3.2 激光大气湍流传输建模与仿真

3.3 激光大气湍流传输脉冲展宽数值仿真

3.4 本章小结

第四章 脉冲展宽与其它湍流效应关联性建模与仿真

4.1 脉冲展宽与光强起伏关联性的建模与仿真

4.2 脉冲展宽与光束漂移关联性的建模与仿真

4.3 脉冲展宽与光束扩展关联性的建模与仿真

4.4 本章小结

第五章 总结和展望

5.1 论文主要工作内容总结

5.2 研究展望

参考文献

作者简介及科研成果

致谢