可缓解湍流效应的多孔径发射技术研究

摘要

空间激光通信是目前国内外通信领域的研究热点和前沿。无线光通信在大气传输过程中存在光强闪烁、光束漂移、光斑扩展、到达角起伏等问题，这些问题是影响无线光通信工程化实施的最大障碍。各种缓解或抑制大气效应的技术是目前近地大气无线光通信及星地无线光通信研究(或设备研制)的工作重点。
　　 论文针对大气激光传输中湍流场所引起的光强闪烁、光束漂移、光斑扩展、到达角起伏等湍流效应，采用多孔径发射作为缓解上述湍流效应的技术方案。
　　 论文的主要工作内容如下：
　　 1)论文开展了基于von karman谱模型的相位屏建模和仿真工作。利用循环叠加计算方式实现了在长距离传输中的相位屏仿真，仿真得到多个部分相干高斯光束在湍流大气中的传输光强分布；对比了多束部分相干高斯光束和单个高斯光分别通过大气湍流时的光强分布图像，得到了以下结论：多个高斯光束之间具有的相干叠加、互补作用，使得接收面光强极大值出现概率增大，提高链路接收光束质量。
　　 2)论文建立了大气光强闪烁分析模型，对多高斯光束在部分相干叠加条件下实现降低光强起伏作用的机理进行了分析。论文同时对孔径数量和光强起伏之间的关系进行了分析研究，推导得到以下结论：孔径数量和光强起伏呈非线性反比关系，在一定相干范围内，孔径数量的增多可以有效降低光强起伏，在论文所仿真的无线光通信系统及信道条件下，孔径数量选择6个为最优。
　　 3)论文建立了弱湍条件下的光强闪烁和误码率关系分析模型，通过仿真对比，验证了多孔径发射能够优化近地无线光通信链路误码性能的论点。对比研究可知，在某一确定的无线信道中，孔径数量的选择具有最优值。
　　 本论文在总结各种大气湍流模型基础上，结合相位屏理论，仿真得到大气中的部分相干高斯光束的接收图像；理论和仿真结果均证实多孔径发射技术能够有效地缓解近地无线光通信中存在的光强闪烁、光束漂移、光斑扩展、到达角起伏等湍流效应。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1课题背景

1.2无线光通信国内外发展动态

1.3缓解湍流效应的常用技术方案

1.4本课题研究背景及意义

1.5本论文主要开展工作

第二章激光大气湍流传输理论

2.1大气湍流的产生

2.2大气湍流随机场

2.2.1各项均匀同性随机场

2.2.2局部各项均匀同性的随机场

2.3大气湍流中的折射场和温度场

2.4大气湍流的功率谱模型

2.5本章小结

第三章相位屏法模拟大气湍流信道

3.1相位屏模型建立

3.2相位屏模型构建方法

3.3相位屏的计算机仿真

3.4本章小结

第四章多孔径发射改善大气湍流引起的光斑离散

4.1高斯传输光束的基本描述

4.2光束质量评价参数

4.3无湍流条件下多孔径发射的光强分布建模及仿真

4.4弱湍流条件下多孔径发射的光强分布建模及仿真

4.5仿真分析：多孔径发射改善斯特列尔比

4.6本章小结

第五章多孔径发射缓解大气湍流引起的强内烁

5.1光强闪烁的基本描述

5.2光强起伏分析模型建立

5.3数值仿真及分析

5.4本章小结

第六章采作多孔径发射技术后的大气激光通信链路性能

6.1弱湍流条件下的链性能和光强起伏的关系

6.2基于光强闪烁的链路误码分析模型

6.2.1单孔径短距离传输与链路性能的仿真分析

6.2.2湍流强度改变对误码率影响的仿真分析

6.2.3星地激光通信链路波长选择方案及其对误码率影响的仿真分析

6.3孔径发射数量和误码率模型关系以及仿真验证

6.3.1孔径数量变化对误码率影响仿真对比

6.3.2长波长条件下多个孔径发射对误码率影响仿真对比

6.4本章小结

第七章全文总结

致谢

参考文献