自由空间光通信系统设计与光学天线部分的研究

摘要

该文首先对自由空间光通信技术进行简要的介绍,阐述了开展自由空间光通信研究的必要性及重要性.然后介绍了自由空间光通信系统的工作原理和系统组成,并列举了研究自由空间光通信系统的几项关键技术.鉴于光学天线部分在自由空间光通信系统中重要性,该文用了一章的篇幅着重对光学天线的性能进行分析,提出自由空间光通信中对光学天线设计的要求,对自由空间光通信系统中常用的几种透镜组进行分析比较,最后设计出了一套反射式透镜作接收天线、透射式透镜作发射天线的光学天线系统.该课题设计开发出了自由空间光通信的实验系统,该文的重点也就放在对实验系统研制开发的阐述,包括实验链路的工作原理、选用的器件和设备,以及对这套自由空间光通信实验系统进行室内、室外的测试和系统性能分析.课题的创新点就在于采用了带尾纤的光收发一体模块和光学透镜组直接耦合的方案.作者的主要工作是设计出适用于自由空间光通信实验系统的光学天线,搭建起完整的实验链路并进行测试.对测试中出现的问题进行了研究并提出相应的解决方法,分析了系统尚不够稳定的原因,改进了测试中的一些工艺和流程,最终验证了方案的可行性.

目录

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摘要

ABSTRACT

第一章 自由空间光通信技术概述

1.1 引言

1.2 自由空间光通信技术简介

1.3 自由空间光通信的特点与优势

1.4 自由空间光通信中存在的问题和解决方法

1.4.1视距技术

1.4.2不良的气象条件

1.4.3对准与保持

1.4.4空中障碍物的影响

1.4.5背景噪声

1.4.6安全性问题

1.5 自由空间光通信的应用领域

1.6 自由空间光通信技术的发展概况

1.7 自由空间光通信的研究现状

1.7.1国外研究现状

1.7.2国内研究现状

1.7.3 FSO的成功应用范例

1.8开展本项目研究的目的

第二章 自由空间光通信系统原理与关键技术

2.1 自由空间光通信系统基本原理

2.2 自由空间光通信系统组成

2.2.1光源部分

2.2.2发射和接收部分

2.2.3捕获、跟踪、对准系统(ATP系统)

2.3 自由空间光通信系统关键技术的分析

2.3.1高功率光源及高码率调制技术

2.3.2高灵敏度抗干扰的光信号接收技术

2.3.3精密、可靠、高增益的收、发天线技术

2.3.4快速、精确的捕获、跟踪和瞄准技术

2.3.5大气信道的研究

第三章 自由空间光通信系统中光学天线的性能分析

3.1光学天线在系统中的重要性

3.2对光学天线设计的要求

3.3光学天线设计中各参数间的关系

3.3.1光天线通光口径与基本光学性能参数间的关系

3.3.2光天线各光学特性参数的约束条件Cm

3.3.3减少光能损耗和提高经济性的结构选择

3.4 自由空间光通信光学天线分析

3.4.1透射式望远镜

3.4.2反射式望远镜

3.5光学天线系统的设计结果

第四章 自由空间光通信实验系统介绍

4.1实验链路系统概述

4.2实验原理及框图

4.3实验系统设计方案

4.4实验设备、器件介绍

4.4.1光学天线

4.4.2光收发一体模块

4.4.3信号处理电路

4.4.4 EDFA模块

第五章 实验系统测试过程及结果分析

5.1室内测试及分析

5.1.1室内测试基本情况介绍

5.1.2室内测试实验方法

5.1.3室内测试的分析与改进

5.2室外测试及分析

5.2.1室外测试基本情况介绍

5.2.2室外测试实验方法

5.2.3室外测试误码数据及分析

5.2.4今后方案的改进

第六章结论

6.1成果与创新点

6.2不足与建议

6.3结论

参考文献

缩略词

致谢