自由空间光通信信道特性分析

摘要

自由空间光通信是指以光波为载体的无线通信技术，具有通信容量大、功耗低、抗电磁干扰和无需频率使用许可等优点，特别是在大气/海水激光通信这一典型的跨介质通信应用场合中，以蓝绿光为代表的无线光通信技术具有安全性、高效性的显著特点。研究这一背景下的自由空间光通信具有战略性的意义。
　　本文基于光通信的具体需求和应用，系统地分析了大气、海水介质对激光光束的影响，通过理论研究、建模分析以及实验结果对激光传输信道特性进行研究。主要工作包括：
　　1.分析激光光束大气传输的基本特点，从理论上研究了光束在大气中传输时受到的吸收和散射效应，重点对大气湍流进行建模分析，并根据不同地域的湍流模型参数需要进行修正这一特点，进行湍流模型参数测量实验；
　　2.利用Kolmogorov功率谱描述大气湍流的模型，针对532nm波长，分别测量其主要的模型参量—大气折射率结构常数和大气相干长度；首先开展微温脉动测量实验测量大气折射率结构常数，验证实测数据与湍流强度分布理论的符合性；其次对比和分析多种差分图像测量法的特点和局限性，结合现有光学设备的特点设计了一种具有低复杂度的差分图像运动法，该测量方法能够适用于背景光极强情况下的大气相干长度实验；分析了新方案测量结果的误差特性，提出了测量误差修正降低的方法；结合两次实验数据初步分析了桂林地区近地表层大气湍流的变化特征和昼夜变化规律；
　　3.分析了海水的组成成分及其对激光光束传输的影响；基于海洋生物模型，建立海水衰减模型，利用该模型分析不同波长的激光在不同深度海水中传输时受到的影响；
　　4.分析水色遥感技术的发展现状，研究了MODIS遥感数据的特点和各级产品数据的应用方法；分析常用遥感反演算法，进行仿真对比研究，指出了现有算法的局限性；对比研究多种后向散射与总散射系数的关系模型；结合遥感算法QAA-RGR和NSOAS模型，利用MODIS数据进行反演，研究了近期台湾海域的海水激光信道传输特性。

目录

声明

第一章 绪论

§1.1 课题研究背景

§1.2 大气光通信研究现状

§1.3 水下光学信道研究现状

§1.4 论文章节安排

第二章 大气激光传输的主要影响因素

§2.1 大气的组成以及对光通信的影响

§2.2 大气吸收效应

§2.3 大气散射效应

§2.4 背景光影响

§2.5 大气湍流效应

§2.6 小结

第三章 大气光学信道参数测量与结果分析

§3.1 大气湍流的测量方法

§3.2 基于双望远镜的差分图像运动法

§3.3 实验结果及其分析

§3.4 小结

第四章 海水光学信道

§4.1 海水的组成及其固有光学性质

§4.2 海水信道衰减模型

§4.3 不同类型的海水信道对比仿真

§4.4 小结

第五章 基于水色遥感的海水信道参数仿真与分析

§5.1 海洋水色遥感

§5.2 利用遥感卫星数据反演海水光衰减系数

§5.3 仿真结果及分析

§5.4 小结

第六章 总结与展望

§6.1 本文工作总结

§6.2 后续工作展望

参考文献

致谢

作者在攻读硕士期间的主要研究成果