大气湍流对高速激光通信影响模拟实验研究

分析了大气湍流对高速激光通信影响的研究方法、现状及必要性,建立了高速激光通信用大气湍流模拟装置,提出了大气湍流对高速激光通信影响的模拟实验方案,采用实验室内半实物模拟的方法,利用大气湍流模拟装置模拟中弱强度的湍流,搭建激光传输实验系统,并进行了光强闪烁方差及频谱、到达角起伏方差及频谱等测试,结果表明,该大气湍流模拟装置的光强闪烁、到达角起伏符合-5/3理论,光强闪烁、到达角起伏是影响激光通信性能的主要因素,为深入研究大气湍流对高速激光通信影响提供了有效手段和方法,最后对大气高速激光通信未来的发展方向进行了展望。     

激光大气折射率结构常数测量实验与分析

在相距600 m的两地进行了静态激光大气传输实验,并对接收到的光强和光束到达角起伏进行记录.以每10min所记录的数据作为样本,计算出光强起伏方差和到达角起伏方差,并根据理论孔径平滑因子计算出点接收时的光强起伏方差,再分别根据光强起伏方差和到达角起伏方差计算出大气折射率结构常数.最后,得到一天之内大气折射率结构常数的变化曲线,并分析得出大气折射率结构常数在早晨和傍晚存在极小值.     

下行传输孔径接收光强起伏的统计特性

为了研究星地下行激光链路接收光强起伏的统计特性,进行了恒星观测实验,分析了下行传输孔径接收下实际接收光强起伏的归一化方差、概率密度和闪烁频谱,并讨论了接收端瞄准偏差对接收光强的影响和星地下行大气信道的传播特性。实验结果表明,在下行传输孔径接收的条件下,天顶角从0°增至55°时接收光强的归一化方差从0.015增到0.102,不同天顶角下的接收光强起伏概率分布均服从对数正态分布,稳定大气条件下闪烁频谱的高频幂指数为-5/3,不稳定大气条件下为-11/3。     

激光大气湍流传输光强起伏及光斑面积实验分析

利用激光大气通信系统在长春市区进行了近地面激光大气传输实验,对接收不同孔径的光强起伏进行了昼夜观测,每次以0.01 Hz采样频率连续采集10min数据作为样本,将计算出的光强起伏方差和到达角起伏方差归一化,进而计算出长春地区的实际大气折射率结构常数,并对不同孔径接收的光斑面积进行了分析和计算,实验结果表明:9月份的C2...     

多孔径接收相干合束系统性能研究

为了减小大气湍流引起的星地激光通信系统的性能衰落,采用基于光纤相干合束的多孔径接收方案。针对典型的星地相干激光通信模型,给出了通信系统的灵敏度和误码率随多孔径接收对湍流效应的补偿效果变化的数值仿真结果。同时基于已有的光纤合束方法搭建了一套4孔径接收的相干合束光通信接收装置,测试了2个和4个孔径下系统的锁相带宽。利用旋转相位屏模拟了不同Greenwood频率的大气湍流对光束波前的影响,保证了各路接收光强的不相干性。在此基础上,给出了相干合束前后光纤中的光强相对起伏方差。结果表明该系统能在弱湍流环境中有效地抑制光强闪烁。     

高空湍流影响下航空激光传输性能分析

采用“Clear 1”折射率起伏湍流模型对高空大气湍流进行描述,通过仿真建立了高空湍流信道气动光学效应影响模型,分析了光斑尺寸与飞行高度、激光波长、传输距离的关系;研究了gamma-gamma大气湍流信道下光强闪烁因子随接收孔径尺寸、飞行参数的变化特征。结果表明:①光斑尺寸受气动光学影响而增大,低空传输条件下光斑尺寸大于高空;②光斑尺寸随波长增加而增大;在相同条件下,波长为800 nm激光的光斑尺寸受气动光学影响最大;③闪烁指数仅与接收孔径大小有关,并随着传输距离的增大而逐渐增加,当闪烁指数超过1,其增加幅度降低并逐渐达到最大值。     

斜程大气传输光束孔径平滑到达角与像点起伏

像面到达角起伏、波面抖动和像点抖动通常是研究大气干扰情况下高分辨成像系统波前特性的重要方法之一。采用Rytov近似、包含湍流内外尺度影响的修正von Karmam近似谱和接收光学系统孔径滤波函数和传输权重函数中的Airy函数的高斯函数近似,研究了斜程湍流大气中传输束状波的波面抖动、像面到达角起伏和像点抖动规律,导出了圆孔接收系统测量到的包含湍流内外尺度影响的束状波孔径平滑波面抖动、像点抖动和像面到达角方差理论模型。     

近地面湍流大气中激光传输的光强闪烁分析

光学湍流对激光的大气传榆有着重要的影响,其中光强闪烁是湍流效应中最基本也是最重要的一个效应,一直是一个十分令人关注的问题.在处理激光在湍流大气中传输的光强闪烁效应时,认为光强闪烁是由大尺度光强起伏对小尺度光强起伏的调制,并对其调制过程进行了讨论.基于光强闪烁的调制理论,对近地面典型条件下激光大气传输的光强闪烁指数及其影响因素进行了分析.     

多孔径发射对大气激光通信系统误码率的影响

大气湍流所引起的光强闪烁会严重影响大气激光通信系统的性能,导致系统误码率（BER）增加。通过Rytov近似理论给出系统误码率和光强闪烁的理论模型．并进行MATLAB数值仿真。分析结果表明：在大气激光通信系统中,通过采取多孔径发射的方式,增加发射机孔径数目,选用长波长的激光,能够减小光强起伏对系统误码率的影响。而且,各发射机发出的光束之间的相干系数越小,越能改善系统性能,降低误码率。     

多孔径发射对大气激光通信系统误码率的影响

大气湍流所引起的光强闪烁会严重影响大气激光通信系统的性能,导致系统误码率(BER)增加.通过Rytov近似理论给出系统误码率和光强闪烁的理论模型,并进行MATLAB数值仿真.分析结果表明:在大气激光通信系统中,通过采取多孔径发射的方式,增加发射机孔径数目,选用长波长的激光,能够减小光强起伏对系统误码率的影响.而且,各发射机发出的光束之间的相干系数越小,越能改善系统性能,降低误码率.     

云南高美古湍流大气中激光短曝光光斑统计特性研究

为了探究激光在自由高空湍流大气中传输的短曝光光斑特性,在云南高美古3200 m的高海拔地区,选择远离下垫面的地势条件,开展了532 nm固体激光1,2,3,4,4.7 km大气传输光斑成像探测实验。利用4000 frame/s采样速率下的短曝光光斑数据,定性地描述了湍流大气中短曝光远场激光光斑的网纹状形态结构以及零星亮点的移动、消散和重构过程,并对激光光斑灰度值进行了定量的统计分析。结果表明:利用二维的光斑图像数据,可以较为方便地获得光强闪烁的孔径平均因子和理想的点闪烁指数,进而得到包括湍流强度和湍流内尺度在内的关键光学湍流参数;同时,也可对激光闪烁频谱、截止频率以及光斑的空间相关特性进行定量的判断。相关数据有助于研究高原或高空长程传输条件下的激光能量在目标靶面上的空间分布及其时间变化特性,为研究激光长程大气传输后光电系统的变化提供了一定的参考。     

Gamma-Gamma湍流中副载波大气光通信系统的性能分析

基于Gamma-Gamma光强闪烁分布大气湍流信道,在各种强度的湍流特性下而非仅限于弱湍流的分析背景,对采用数字副载波相移键控(PSK)强度调制技术的大气激光通信系统的差错性能进行研究与分析.选取一定发散角与接收孔径参数值,分别在不同闪烁强度与接收系统噪声下对系统的比特误码率(BER)进行了仿真,并以线性分组编码为例对系统的性能改进进行了仿真与讨论.     

激光大气传输室内模拟研究

采用液晶空间光调制器在实验室内进行激光大气传输模拟研究。基于均匀各向同性的Kolmogorov湍流模型,利用Zernike多项式法生成静态相位屏,利用湍流冻结法生成r0=0.1 m和r0=0.05 m不同湍流强度下的动态湍流相位屏,并实时加载在液晶空间光调制器上。分析得到,接收端的对数光强概率密度分布趋近于正态分布,拟合确定系数均在0.9以上;到达角起伏方差分别为 和 且光斑中心集中在2个像素以内。实验结果与实际外场情况相符合,达到了较好的室内模拟效果。     

测量大气折射率结构常数的大口径激光闪烁仪

基于光闪烁的孔径平均效应,研制了测量大气折射率结构常数的大口径激光闪烁仪(LALS)。该仪器在一定程度上实现了闪烁饱和现象的抑制。仪器采用对称式结构布局,同时采用调制解调方法提高信噪比,并以嵌入式控制单元完成对数据的采集、处理、显示和存储。与传统仪器设备的测量结果相比,在1000m的水平传输路径上两者的线性拟合系数为1.01,相关系数为0.92;进一步分析表明,大气湍流内尺度会对闪烁方差的测量产生影响,从而导致大气折射率结构常数的测量结果略显离散。     

大气湍流模拟装置性能测试

利用光传输实验的大气湍流模拟装置测量了光传输特性。实验中采用了到达角起伏和光强闪烁两种方法来测试光传输特性。测试结果表明,温差1~200 ℃时,Fried相干长度为0.7~40 cm;温差200℃时,到达角起伏谱频率范围达到100 Hz;光强闪烁强度频率可达100 Hz,湍流特征速度约0.1 m/s,,外尺度约20 cm。湍流模拟装置所测的性能指标和实际大气湍流性能较为接近,并且湍流强度具有较好的稳定性和可控性,能满足光传输实验要求。     

大气光通信中大孔径接收性能分析与孔径尺寸选择

大孔径接收是克服大气光通信中大气湍流影响的有效途径之一.在有限孔径接收光强起伏理论基础上,建立了平均信噪比与无湍流影响时的探测器输出信噪比、孔径平均因子以及光强起伏方差之间关系的数学模型,并给出了系统误码率计算公式.通过数值计算得出了在给定误码率(BER)设计指标时,不同大气湍流参数条件下,接收孔径直径与无湍流影响时的探测器输出信噪比之间的关系曲线.     

大气湍流对激光雷达跟踪角误差的影响

本文讨论了大气湍流引起的强度起伏和相位起伏对激光雷达跟踪系统测角精度的影响，得强度起伏导致的对数振幅方差和相位起伏导致的到达角方差，计算了强度起伏和相位起伏对跟踪系统的接收信噪比，角误差的影响，结果表明，大气湍流引起的角误差与仰角、距离等因素有关。     

大气湍流对激光外差探测的影响

研究了大气湍流情况下到达角起伏对激光外差探测系统干涉效率的影响.在实验室模拟大气湍流的条件下,分析检测了激光外差探测系统的干涉效率与信噪比,为提高激光外差探测系统的实用性能积累了一定的理论和实验数据.