临近空间"空-空"激光通信链路传输特性分析

针对临近空间"空-空"激光通信链路的传输特性,进行了较为系统的研究.首先,对比临近空间的"空-地"链路和"空-天"链路,给出了"空-空"链路的大气信道特征:一方面,从大气成分等因素出发,指出了可能造成"空-空"链路大气衰减的3种原因,得到了"空-空"链路的大气衰减信道;另一方面,由相关资料得到"空-空"链路所在空域的大气湍流尺度,再根据大气湍流尺度与激光光束直径的对比关系引发的湍流效应的不同,分析了"空-空"链路的大气湍流信道.其次,重点针对大气湍流效应,进行了仿真计算,得到了光强闪烁方差与通信传输距离、光强闪烁方差与激光波长、到达角起伏方差与传输距离的关系.最后,对计算结果进行了讨论.     

大气光通信信道特性及相位补偿技术研究

大气湍流使光载波的强度和相位在空间和时间上都呈现随机起伏,从而极大地降低了激光通信系统的性能.基于大气湍流信道的特点,分析了各种湍流效应对大气激光通信系统性能的影响,介绍了自适应光学相位补偿技术在大气激光通信系统中的应用进展,特别指出基于随机并行梯度下降(SPGD)算法的自适应光学技术由于具有诸多优点,在未来的大气激光通信系统中可能有较为广阔的应用前景.     

自由空间光通信在大气信道下的通信性能分析

大气信道环境是影响自由空间光通信性能的主要因素。针对近地激光通信和星地激光通信2种应用场景,分别对雾、雨、雪等近地环境下的大气衰减信道,以及压强、速度和温度星地环境下的大气湍流信道进行了理论建模,并对2种通信信道下的误码率进行研究,对比了不同调制格式在Gamma-Gamma分布信道模型下的通信性能。通过理论推导和系统仿真,分析了大气透射率、大气折射结构系数以及信噪比对通信距离与通信性能的影响。仿真结果表明,短距离通信时采用适当的较高调制格式能有效地抑制大气湍流的影响。     

面向激光通信的大气随机信道分析与研究

大气激光通信系统以其容量大、体积小、保密性高等特点,正适合替代微波作为信息传输瓶颈问题的最佳解决方案,具有重大的意义和良好的应用前景.研究了大气随机信道的特性,特别是大气随机信道对激光传输的影响.大气随机信道的研究是激光通信系统的一个十分重要的研究部分,对激光通信系统的设计和实现具有较大的参考价值.根据大气湍流的特点,建立了大气湍流信道的模型,依据湍流信道模型进行了激光在湍流信道中水平传输远场光斑的计算机模拟仿真,分别就不同的湍流、不同的传输距离进行了光斑的实时显示,并和实际测量光斑进行了比对.分析了激光通过大气随机信道时光斑变化的因素,利用软件对光斑进行了模拟,并将模拟光斑与实际测量光斑进行了比较.用此系统可以方便、准确、形象地显示激光光斑的闪烁、分裂等现象,便于我们研究大气对无线光通信的影响,为进一步优化激光通信系统性能,最终实现全天候的大气激光通信做了有意义的探索.     

无线光通信系统大气信道特性的分析研究

介绍了大气激光通信的基本原理、关键技术和应用领域;分析了大气信道对无线光通信系统的影响,着重分析大气的衰减效应和大气的湍流效应;指出在我国特定地区进行大气信道测试的必要性;最后介绍和分析了大气信道特性的主要测试方法.     

大气湍流与平台微振动影响下的星地激光通信性能

大气湍流与平台微振动的存在会导致星地激光通信链路的随机信道衰减,使通信质量无法得到保证.为了研究大气湍流与平台微振动共同影响下的星地激光通信性能,建立了联合星地激光链路随机衰减模型,并基于二进制相移键控调制、外差相干接收给出了该模型下系统平均误码率的闭合表达式.仿真分析了不同星地激光通信系统参数对系统误码率性能的影响,...     

激光在临近空间中的传输特性研究

基于大气分层理论,分析了临近空间环境的特性,同时利用Beer定律和Markov模型分别对激光在临近空间中传输的衰减效应和湍流效应进行了计算和仿真。结果表明：O3分子的吸收、气溶胶粒子的散射和高空大气分子的散射是造成激光衰减的主要因素,30km高空以上激光已很少受到湍流效应的影响,并且常用的1.06μm激光比10.6μm激光的光强闪烁小,更适于在临近空间中进行传输。     

大气激光通信系统中Turbo码译码性能仿真

由于大气激光通信信道对光信号的衰减极大,实际通信系统的编码应具有极强纠随机差错和纠突发差错的能力.针对大气激光通信信道的特殊性,结合当前优异的编码技术Turbo码对信道进行编码,通过对大气激光通信信道的分析对Turbo码编译码系统进行修正,建立了基于大气激光通信信道的系统模型,仿真分析了Turbo码实现低误码率的大气激光信息传输的可行性,并分析了采用不同算法和不同交织长度对系统性能的影响,为Turbo码在大气激光通信系统中的应用提供了理论基础.     

大气光通信中的信道损耗分析

由于大气光通信具有良好的频率稳定性和高频带利用率,因而可实现高速率、大容量、高保密性的无线通信。湍流现象的存在,严重地影响了激光光束在大气中的传输特性。通过对大气湍流模型的建立,讨论了大气光通信中的信道损耗现象,并且详细分析大气湍流的功率谱密度及其引起的光功率衰减。同时,对于空间激光通信的实际应用,提出了存在的一些有待解决的问题。     

大气信道下窄线宽激光器对相干通信系统性能影响研究

在空间下行相干激光通信系统中,激光器的线宽大小会影响通信系统的性能,而窄线宽激光器能有效降低激光器线宽引起的激光器相位噪声,目前已经成为相干激光通信系统的首选。光信号在大气信道传输时,大气湍流会引起光信号强度和相位的波动,从而进一步影响系统的通信性能。针对上述问题,基于四相移键控(Quadri Phase Shift Keying, QPSK)通信系统的工作原理,进一步考虑窄线宽激光器线宽和大气湍流引起的光信号强度和相位的波动,给出了空间下行QPSK通信系统误码率模型。并基于该模型,数值仿真分析了窄线宽激光器对空间下行相干激光通信系统性能的影响。结果表明：大气湍流不仅严重影响系统性能,也会弱化激光器线宽对系统性能的影响。而对于大气湍流影响而言,其引起的相位波动要大于光强波动的影响。此外,随着通信速率增大,激光器线宽对于系统性能影响也会随之降低。文中对于空间下行相干激光通信系统的优化设计和调试具有一定的实际参考意义。     

临近空间低仰角信号参数估计的研究

由于低仰角测控通信具有大动态、大范围的多径衰落和多普勒频移,因此低仰角测控通信是临近空间通信的难点。文中主要讨论了临近空间低仰角测控通信中的两个基本问题:临近空间测控通信低仰角情况下的信道建模与仿真,以及临近空间低仰角测控信号参数的估计。通过仿真结果可以看出,文中所提出的最大似然联合估计方法性能较好,在地空二径信道模型中可以达到联合参数估计的CRB要求。     

基于浮空平台的星地激光中继通信系统设计

针对星地激光通信受大气环境影响较大,无法全天候工作的难题,可考虑在18~22 km的平流层高度部署星地激光中继通信系统。其中卫星与平流层中继系统间采用激光通信,平流层中继系统与地面间采用大容量毫米波通信,基本消除大气环境(云、雨、雾、大气湍流等)对激光通信的影响,提高星地激光馈电链路可用度。受限于平流层平台成熟度不足,需首先开展基于成熟浮空平台的星地激光中继通信系统研究,先期对缓慢移动浮空平台搭载激光通信载荷与卫星间链路对准,激光通信载荷在浮空平台顶部柔性表面安装可行性等关键技术进行验证,为后续在平流层高度部署临近空间信息网络提供技术支撑。     

基于临近空间的目标探测及宽带通信

临近空间是未来军事装备体系发展的一个重要领域。在区域性应用中具有组网灵活、快速机动、定点不间断持续侦察和性价比高等优势。介绍了国内外对临近空间及临近空间飞行器的开发和研制情况,给出了基于临近空间的目标探测模式。通过论述平流层通讯体制,探讨了利用宽带数据链和多数据链融合技术构建临近空间传感器网络以支持协同探测的技术途径。     

激光轨道角动量态的湍流倾斜、像散和慧差效应

为了分析斜程大气信道中湍流像差对激光束轨道角动量态的作用,数值研究了湍流z-倾斜像差、湍流像散和湍流慧差对激光束轨道角动量态测量概率的影响,得出了此3种湍流像差随折射率结构常数、传输距离和天顶角起伏影响光束轨道角动量态测量概率的规律。结果表明,随着地面湍流强度增强、信道长度增长和天顶角的增大,湍流z-倾斜像差使激光束原轨道角动量态的测得概率进一步降低,湍流慧差仅在天顶角增大时才出现激光束原轨道角动量态的测得概率进一步降低现象,湍流像散对激光束原轨道角动量态测得概率的影响随此3参量变化时基本不变。     

激光在大气中传输时吸收损耗的计算

大气随机信道对激光传输性能的影响是制约激光通信的重要因素之一,因此开展对大气信道的研究对实现激光通信的实用化具有非常重要的意义。通过研究,给出了激光在大气中传输吸收损耗计算的数学模型,并经过仿真计算,得到了一些有益结论,并以此提出了激光通信设计时的一些相应的解决途径。     

60 km瑞利多普勒激光雷达及其风场探测

临近空间风场的探测,在大气动力学研究和提高数值天气预报的准确性,以及航空航天保障等方面具有重要意义。研制基于瑞利散射双边缘技术的60 km多普勒激光雷达用于临近空间大气风场的测量。激光雷达主要分为垂直指向测量系统和两台斜指向测量系统。工作波长355 nm,探测距离15~60 km。为验证系统的可靠性和积累风场观测数据,于2014年下半年进行了外场实验,并与当地的探空气球数据进行对比,结果显示60 km瑞利多普勒激光雷达风场测量数据与探孔气球数据具有良好的一致性。     

脉冲状态间隔调制方法及恶劣环境下通信实验

为了增强激光通信对信道的适应性,在香农理论的基础上对大气调制模型展开了研究。首先从差错的角度推导大气光通信系统误符号率与误码率的转换关系;接着通过分析大气信道下光通信的香农极限通信速率,指出大气信道带宽是影响激光通信的重要技术参数。进而提出了脉冲状态间隔调制编码方式并分析其结构特点;最后通过恶劣环境下的通信实验验证PSIM的可行性和大气信道带宽的重要性,指出信道特性实时反馈将是实现全天候激光通信的前提。     

大气湍流对激光通信系统的影响分析

大气湍流是影响大气激光通信系统性能的主要因素之一。在忽略光通信系统中的其它噪声且仅考虑 由大气湍流引起的系统误码率的情况下,对激光信号在大气湍流中斜程传输时的通信系统误码率(BER)、信噪比(SNR)与 对数振幅起伏之间的关系进行了研究;依据ITU--R公布的随高度变化的大气结构常数模型,用FORTRAN对信噪比和误码率在 不同波长与不同天顶角的条件下随高度的变化情况进行了数值模拟。结果表明,当传输高度相同时,用长波激光和较小的天顶角 进行斜程传输,可以有效地减小系统的误码率和增加系统的信噪比,从而提高激光的通信质量。     

Research on the system error performance of coherent orthogonal frequency division multiplexing system with M-distribution in satellite-to-ground laser communication

In order to alleviate the influence of atmospheric turbulence on the performance of satellite-to-ground laser communication system,based on the M-distribution atmospheric channel model,a multi-carrier coherent orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) modulation system was proposed for uplink and downlink in the satellite-to-ground laser communication.The closed-form expression of bit error rate (BER) of coherent OFDM modulation system was derived.The relationship between the zenith angle,receiving aperture,signal-to-noise ratio (SNR),optimal beam divergence angle,and optimal transmission radius and the BER were studied under weak,and strong atmosphere turbulence,and compared with binary coherent differential phase shift keying (DPSK) modulation.Both the theory and the simulation results show that compared with coherent DPSK modulation,the bit error performance of the coherent OFDM modulation system in the satellite-to-ground laser communication system is better.     

基于小波变换的雪崩光电二极管信号检测方法

空间激光通信中的常用调制方式是脉冲位置调制(PPM)．雪崩光电二极管(APD)具有高增益、高灵敏度和响应速度快的特点，因而成为空间激光通信中的首选信号探测器件。针对空间激光通信的脉冲位置调制信道．分析了空间光通信系统中雪崩光电二极管探测噪声的特点和类别．根据小波变换具有提取信号局部特征的能力，提出了一种基于小波变换的雪崩光电二极管信号检洲方法。采用四种不同的阈值选择算法选取小波系数以恢复信号．并进行了初步的仿真实验和分析。结果表明，自适应阈值选择算法取得的信号恢复结果最佳．可有效减弱强背景噪声的影响．提高雪崩光电二极管信号检测系统的性能。