近空间平台位置不稳定条件下的激光链路性能分析

在建立近空间(near space)高空平台(HAP)位置不稳定性模型的基础上,修正了平台位置不稳定引起的光束指向误差因子,并结合gamma-gamma分布大气模型,推导出基于APD探测器的脉冲位置调制(PPM)光链路误符号率。根据误符号率公式,在极限传输距离的条件下,对比分析高空平台不稳定性、大气湍流和APD增益等因素对近空间HAP间光链路性能的影响。仿真结果表明,在相同的系统带宽条件下,误符号率的变化随着跟踪误差的均方差数值增大而增大;最优APD增益值只与信号光功率以及噪声功率的大小有关,而与系统带宽和跟踪误差无关;改变系统带宽能够有效缓解平台不稳定性对平台间光链路性能的影响,并且跟踪误差均方差值越大,链路改善的效果越明显。     

基于Hoyt光束指向模型的高空平台间光链路性能仿真

针对高空平台(HAP)位置不稳定特性模型,建立更符合实际的Hoyt指向误差分布模型,与理想条件下的Rayleigh指向误差分布模型比较,分析平台间光链路的差错性能。仿真结果表明,在发散角逐渐增大的条件下,Hoyt分布模型与Rayleigh分布模型的误码率(BER)曲线具有相同的变化规律;在相同发散角条件下,Hoyt分布模型的误码率低于Rayleigh分布模型;在最优发散角条件下,Hoyt分布模型误码率与Rayleigh分布模型误码率差值最大,以均方差比值因子取0.2为例,与Rayleigh分布模型相比,Hoyt分布模型的误码率减小9dB左右。     

无人机空中OFDM光通信链路性能研究

基于无人机空中光正交频分复用(OFDM)通信模型链路的误码性能理论和仿真研究,综合考虑服从对数正态分布的大气湍流模型和服从瑞利分布的指向误差模型对通信系统的影响,采用高斯-厄米特积分方法得出了通信系统链路误码率的闭合表达式。在此基础上,仿真分析了发射端光束发散角、符号速率、子载波数和接收孔径大小与系统误码率的关系。仿真结果表明,在弱湍流条件下,发射端激光存在可使链路误码性能达到最优的光束发射角,湍流强度的改变对最优光束发散角的影响不大。光OFDM系统能够满足无人机间通信速率为吉比特级的光通信要求,并且通信时接收端的孔径尺寸不宜增大,该结果对通信链路的优化设计有一定的参考意义。     

Wollaston棱镜对发散光束的分束特性分析

为了了解Wollaston棱镜用于发散光束时对出射o光束、e光束发散角的影响,利用折射定律对发散光束两边缘光线通过Wollaston棱镜后的o光、e光分束角进行了推导,采用控制变量法分析了发散光束经过Wollaston棱镜后出射的o光束和e光束的变化,得出了Wollaston棱镜对出射o光束、e光束发散角的影响。结果表明,相对入射光束的发散角,Wollaston棱镜对o光束有减小发散角的作用,对e光束有增大发散角的作用;对于一定结构角的棱镜,当入射光的波长变大时,o光束发散角增大,而e光束发散角减小;对于确定的单色发散光束,当结构角增大时,o光束发散角减小,而e光束发散角增大;无论是入射光的波长还是棱镜结构角的变化,对出射o光束、e光束发散角的影响都是有限的。由此可见,在要求不是太高的应用中,可以忽略Wollaston棱镜对出射o光束、e光束发散角的影响。     

卫星天线过顶盲区时机分析

分析直角坐标框架结构平台和极坐标框架平台结构星载天线在各自盲区状态区域附近的发散问题。通过建立的天线过顶盲区发散模型,计算机械天线盲区时第一级转动单元转角的发散时机和发散程度以及对波束锥角的影响。确定不同波束锥角误差情况下不同发散范围对应的单轴误差分布情况,以及盲区附近第一级转动单元的位置与速度偏差对空间波束误差的影响程度。为机械式星载天线在不同通信链路需要下的工况设置提供了理论指导。     

分布式天线系统中的系统下行误符号率分析

首先建立了包含快衰落、阴影衰落和路径损耗的复合衰落信道模型,对分布式天线采用覆盖式(BT)传输策略,推导出给定移动台位置的小区下行点对点链路误符号率表达式。并在高信噪比条件下,通过给出移动台在小区的任意分布图,推导出小区下行平均误符号率的近似闭合表达式。仿真结果表明,所推导的近似表达式可很好地反应系统的实际性能。     

分布式天线系统中的系统下行误符号率分析

首先建立了包含快衰落、阴影衰落和路径损耗的复合衰落信道模型,对分布式天线采用覆盖式（BT）传输策略,推导出给定移动台位置的小区下行点对点链路误符号率表达式.并在高信噪比条件下,通过给出移动台在小区的任意分布图,推导出小区下行平均误符号率的近似闭合表达式.仿真结果表明,所推导的近似表达式可很好地反应系统的实际性能.     

空间光通信链路模拟平台控制系统

为实现卫星姿态仿真,建立了基于"板卡-PC"的两级高精度链路模拟平台控制系统.该系统采用绝对式光电码盘作为角位置反馈元件,属于电流、速度、位置多闭环系统.控制部分使用复合控制加数字滤波技术,引入饱和限幅及死区补偿模块;根据轨迹特点,设计变参数调节控制器以提高动态性能.实验结果表明,定位精度达到±3";最低平稳角速度0.000 5(°)/s,误差±0.000 1°;随0.2 Hz幅值1°的等效正弦波变化,动态误差在3σ条件下小于±9.17".该控制系统满足高精度模拟平台技术要求.     

大气湍流中直升机助降紫外光引导调制研究

为了研究大气湍流中不同调制方式对无线紫外光通信系统的性能影响,基于紫外光非直视通信模型,理论推导了弱湍流条件下开关键控、脉冲位置调制的误比特率。采用紫外光引导直升机助降模型,在不同调制方式下仿真分析了发射功率、通信距离、发散角、接收视场角、收发仰角对误比特率的影响。结果表明,不同调制方式的误比特率随着发射功率、发散角、接收视场角的增大而不断减小,随着通信距离、收发仰角的增大而增大; 在相同条件下,脉冲位置调制比开关键控的误比特率更低,而且随着调制阶数的增加,误比特率会越来越小。这一结果对提高紫外光通信系统在大气湍流中的抗干扰能力具有一定的应用价值。     

AdaCode:IEEE 802.11n长距离无线链路自适应编码算法

通过在实验床上的大量真实测量,分析了长距离无线链路中导致吞吐率低下的原因,总结了数据帧出错模式和丢包特点.在此基础上,提出了MAC（Media Access Control）层自适应编码算法AdaCode.该算法将帧间编码和帧内编码有机结合起来,帧间编码使用喷泉码LT（Luby Transform）码,帧内编码使用RS（Reed Solomon）码,根据链路中数据帧误比特率和丢包率的实时变化,动态选择最佳编码率,使接收端能够解码出所有数据帧,从而避免重传,极大提升了链路吞吐率.在MATLAB平台上实现了AdaCode,并使用实验床测得的真实数据进行仿真.仿真结果表明在固定物理层发送速率和可变发送速率两种情况下,AdaCode都能有效提升链路吞吐率.     

Ince-Gaussian矢量光场束腰位置对紧聚焦特性影响的研究

为了获得Ince-Gasussian矢量光场束腰位置对紧聚焦特性的影响规律,采用正交偏振的奇偶模式叠加理论和Richards-Wolf矢量衍射积分理论,对不同束腰位置的Ince-Gaussian矢量光场紧聚焦特性进行了研究。结果表明,在高数值孔径聚焦条件下,入射Ince-Gaussian矢量场的束腰距离透镜位置z_i在一定瑞利长度z_R范围内(z_i < 0.5z_R)改变时,其聚焦场的横向场结构即光强与偏振态分布,依然可以保持稳定;通过聚焦场相位结构分析,给出了在束腰距离透镜位置z_i超过一定瑞利长度z_R范围(z_i>0.5z_R)时,影响横向场结构不稳定的原因;聚焦场纵向偏振分量作为聚焦场的一个自由度,被证明可以用来构建更加丰富的矢量结构光场。此研究结果对复杂结构矢量光场在光学微操控与光信息存储方面的研究有重要参考价值。     

大气无线光通信系统中数字脉冲间隔调制研究

基于光强闪烁的大气无线光通信系统模型,研究了数字脉冲间隔调制(DPIM)方式的差错性能,分析了符号结构、发射功率、带宽需求等问题,并与 OOK(开关键控)和 PPM(脉冲位置调制)调制方式进行比较。理论和仿真研究结果表明,DPIM 调制方式较 PPM 方式有较高的功率效率和较少的带宽需求,特别是在系统实现上相对于 PPM 大大简化。因此 DPIM 应用于无线光通信系统具有一定优势。     

Effects of phase noise on subcarrier modulation performance over Malaga turbulence channel

The performance of wireless optical system employing subcarrier phase-shift keying modulation was researched,which was influenced by phase noise of system demodulator under on Malaga atmospheric turbulence channel.Combined Fourier series and MeijerG function properties,the probability density function of instantaneous signal to noise ratio in the Malaga turbulence model was got.The Fourier series of receiving signal phase and the closed form expression of symbol error probability were derived,which were in the wireless optical subcarrier shift keying modulation system.Under different modulation order and light intensity fluctuation variance,the influence of phase noise on the system symbol error rate was analyzed.The numeric results present that the system symbol error rate increases with the light intensity fluctuation variance when the phase noise is lower.When the phase noise is larger,the influence of modulation order is greater than of turbulence intensity to the error-rate floor appearing.And with the increasing of modulation order,the corresponding average signal to noise is lower when symbol error-rate floor appears.     

自由空间光标识双幅度脉冲位置调制方法

自由空间光通信中,为了兼备自带符号同步和调制符号长度固定等优点,提出了一种新的光标识双幅度脉冲位置调制方法(FDAPPM),分析了它的符号结构,传输速率和湍流信道中的差错性能。采用最大似然检测时,推导出高信噪比时FDAPPM 误码率的简单近似值表达式,并给出系统的分集级数和调制增益。最后与OOK、PPM、FDPIM 和FDAPIM 等方法进行比较。结果表明:在相同的湍流条件下,FDAPPM 的传输速率和差错性能均优于FDPIM 和FDAPIM;相对于PPM 系统,其传输速率高,不需要符号同步,接收器复杂度大为简化;且符号长度固定,不会引起调制器等待或缓冲器溢出。     

高空平台不稳定对平台间光通信性能的影响及抑制

考虑晃动对平台间光通信的影响,结合Γ大气扰动模型,推导出平台间光通信的误码率表达式,进一步分析平台晃动条件下平台间光通信捕获、跟踪和瞄准(APT)系统的设计要求。结果表明,发送端偏转和接收端的垂直运动对平台间光通信性能影响较大,而接收端偏转和发送端的水平运动对平台间光通信性能影响较小;满足平台间光通信误码率小于10-6的APT系统瞄准精度应低于50μrad。     

菲涅耳透镜的衍射特性及误差分析

对均匀平面波、高斯光束和超高斯光束入射下菲涅耳透镜的衍射场在轴上和焦平面上的光强特性进行了研究，比较了它们之间的不同之处；分析了高斯、超高斯光束的束腰半径、位相误差和阶数对衍射场的影响。研究发现均匀平面波入射时，无论是轴上光强分布还是焦平面上的光强分布，都具有类似sinc函数的特征；而高斯／超高斯光束入射时，轴上的光强分布曲线相对较为平坦；高斯／超高斯光束入射时，随着超高斯光束的阶数增加或着束腰半径减小菲涅耳透镜的聚焦能力呈降低趋势；位相误差将使衍射场出现了多焦现象，这些焦点处的光强随着位相误差的增大而呈现增大的趋势，且正误差比负误差带来的影响更大。     

Digital pulse interval modulation for optical communications

This article presents a study of digital pulse interval modulation (DPIM) for optical wireless communications using intensity modulation with direct detection. The DPIM code properties are discussed, and expressions for the transmission capacity, power spectrum, and error probability are presented. We show that for a given number of bits per symbol, DPIM has a higher transmission capacity, a similar spectral profile, and only a marginally inferior error probability performance compared with pulse position modulation, and is rather less complex to implement. Finally, problems associated with the nonuniform symbol length characteristics of DPIM together with possible solutions are discussed     

中心开孔型四象限探测器光纤定位闭环控制方法

光纤定位技术是多目标光纤光谱望远镜中的关键技术,光纤定位精度是影响望远镜观测效率的重要因素,随着光谱巡天项目的开展,光纤定位单元的小型化、高密度化、集成化和高精度定位要求成为普遍趋势,这对光纤定位系统提出了更高技术要求和挑战。光纤定位技术也期望实现高精度的实时监测和反馈系统,形成有效的闭环控制。基于此提出了一种中心开孔型四象限探测器光纤定位技术,并利用二维高斯模型对中心开孔型四象限探测器定位算法进行了设计,该算法对单元光斑束腰单次标定,可实现高精度的多次实时光斑位置确定和光纤位置调整。利用光纤光谱仪望远镜原理搭建了模拟实验对此装置和算法的性能进行了模拟,应用此闭环控制方法,在四象限探测器零点偏置直径为4 mm、光纤截面积达到1 000 μm2情况下,绝对定位误差可以控制在6 μm之内,相对误差可控制在0.15%范围内,可以有效提高望远镜星象和光纤的耦合效率。