自由空间光通信系统的初步设计

自由空间光通信（FSO）是以激光为载波,以大气为传输媒质的新型通信技术,然而传统FSO系统只能实现定点通信,并不具备＂动中通＂的能力。为了克服传统FSO定点通信的缺点,实现＂动中通＂,本文首先对FSO的移动终端作了初步设计,分析了各部分的功能,然后对FSO天线进行了改进,最后介绍了APT（捕获、瞄准、跟踪）的原理,并给出其工作流程。     

级联RS码的自由空间光通信正交频分复用系统性能分析

为了有效抵御大气散射效应和提高频谱利用率,提出了自由空间光通信正交频分复用系统．由于大气信道的不稳定性,该系统在传输过程中导致误码率很高．将里德-所罗门码引入自由空间光通信正交频分复用系统中,对其进行了半实物仿真,仿真结果表明：当误码率为10^-2时,正交频分复用较开关键控性能优越4dB;在广延雨、平流雾、沙尘天等不同的天气条件下,当误码率为10^-5时,里德-所罗门（255,223）信道编码较未编码性能优越4～5dB．正交频分复用系统和里德-所罗门码的技术能降低系统的误码率．     

雾霾对自由空间量子态传输的影响

针对大气雾霾对自由空间量子态传输的影响,讨论雾霾粒子浓度和能见度的关系,分析雾霾粒子对量子态的影响,建立雾霾粒子与量子态的纠缠模型,分别仿真雾霾条件下基于保真度和量子传输衰减极限的量子态传输能力,给出雾霾浓度与量子态正确传输距离的关系式。理论分析与仿真结果表明,当雾霾很严重,能见度小于10m时,量子态的保真度为50%,当雾霾较轻,能见度大于3 000m时,量子态的保真度超过98%;能见度为100m时量子态正确传输距离为1 500m,能见度为300m时量子态正确传输距离为3 750m。在大气雾霾条件下进行自由空间量子通信时,需要根据雾霾的浓度进行量子态的自适应补偿。     

自由空间光通信ATP地面模拟系统研制

自由空间激光通信技术研究关键的步骤之一是通过其地面实验演示系统研究各项关键技术和整体优化技术,并验证它们的性能。文中描述了该地面实验演示系统的一个关键分系统-捕获、跟踪、瞄准(ATP)系统的设计、预期达到的性能和未来升级的设想。     

自由空间量子通信的光子偏振研究

自由空间量子通信是实现全球量子通信网络的最佳方式之一. 在自由空间量子通信过程中,广泛采用光子偏振态进行信息的编码和通信,要求光子偏振态必须保持一致. 综述了影响自由空间量子通信光子偏振的5种因素,分析了它们对光子偏振态影响的物理机制及研究方法,对自由空间量子通信的光子偏振变化规律及其补偿机制的研究具有重要的借鉴意义.     

自由空间光通信APT系统信标探测技术

在介绍了自由空间光通信和APT系统的工作原理的基础上,侧重对APT粗、精信标探测单元的分辨率、灵敏度和帧频等性能进行详细分析。粗信标探测单元具有较大视场和较低帧频,重点研究CCD相机的各种噪声、背景光和光学系统对于接收单元信噪比和捕获概率的影响;精跟踪接收单元具有较小的视场、高的检测精度和高帧频特性,重点考虑高帧频CCD相机和高速实时图像处理的具体实现方法,最后对光通信APT信标探测单元常用的两种方法进行性能分析并对应用范围进行归纳和综合。     

无线光通信信道的大气湍流测试及分析

通过长期的大气湍流强度测试,总结了所测信道大气湍流强度的日变化规律,即测试日下午7:00~次日上午8:00时段湍流最弱,湍流强度约为10-15m-2/3;下午1:00~2:00时段湍流最强,湍流强度约为10-13m-2/3。另外还分析了仪器测试原理,推导了湍流强度与大气温度结构常数、大气温度测试精度的关系,并对实验测试误差进行了评估,为研究大气湍流对无线光通信系统的影响提供了基础数据支持。     

自由空间光通信精跟踪模糊控制系统的设计

针对空间光通信中捕获、瞄准和跟踪(ATP)技术的精跟踪系统对信标光斑实时准确跟踪需求,设计了基于前馈补偿的比例,积分和微分(PID)模糊控制系统,采用camera-link接口的高帧频CMOS相机和大规模FP-GA芯片设计了精跟踪处理控制平台,并将图像处理、前馈补偿和PID模糊控制等功能全部集成在FPGA芯片内部。实验结果表明,前馈补偿模糊PID控制具有更强的系统适应性,精跟踪系统带宽达到300 Hz,对大于100 Hz的高频振动频谱仍然有很好的抑制补偿效果,尤其对于低于60 Hz的主要扰动频谱具有很好的跟踪补偿效果,抖动压缩比达到90%以上,抖动均方差小于1 pixel,定位精度约为1μrad。     

空间光通信中位置敏感器件(PSD)的性能分析

研究了使用PSD的空间光通信粗跟瞄系统对光束的位置分辨率。通过理论计算和实验得知,当入射在PSD光敏面上的信标光功率约为2.8 μW时,粗跟瞄系统的位置分辨率约为12.6μm。同时,通过计算机模拟,对PSD的线性度进行了理论值和实验值的对比。     

自由空间无线光接入系统中2种OFDM 信号的应用研究

自由空间光通信(Free Space Optical,FSO)是未来极具发展前景的一种宽带无线接入技术,但实际应用中必须考虑复杂天气条件对FSO通信系统收发信号的影响。通过仿真搭建了自由空间无线光接入系统,研究了采用十六进制正交振幅(Sixteen Hexadecimal Quadrature Amplitude,16QAM)以及十六进制相移键控(Sixteen Hexadecimal Phase Shift Keying,16PSK)映射生成的正交频分复用(OFDM)信号在5种天气条件(晴天、小雨、中雨、雪、雾)下传输100 m及300 m的收发特性。通过分析接收信号的光谱图、星座图和误码特性证明:晴天条件下,接收信号映射的星座点收敛特征较好,误码率低至2.5×10~(-6);雨天条件下,接收信号质量受雨衰的影响被劣化;雪或雾天气下,上述仿真系统仍能在短距离内维持通信过程;在自由空间无线光接入系统中,16QAM-OFDM信号的通信性能优于16PSK-OFDM信号。     

光通信中光束瞄准的误差分析

对自由空间光通信中光束瞄准的误差进行了分析,并对典型的ATP系统及其关键技术作了论述。     

调制反射激光通信系统及关键技术

针对传统自由空间激光通信(FSO,Free-Space Optical Communication)两端都需要装载光端机,体积、重量、功耗较大,应用受到限制的问题,提出了一种基于调制反射器(MRR,Modulating Retro-Reflector)的自由空间激光通信技术。调制反射激光通信系统为非对称系统,免去了系统的一个光端机,减轻了系统的体积、重量和功耗,能够有效地解决传统自由空间激光通信系统的应用限制。     

空间光-单模光纤耦合效率因素分析

根据电磁场模场匹配理论,分析了影响空间光-单模光纤耦合效率的因素。通过优化耦合透镜相对孔径,可以实现较高效率的耦合。理论计算表明,当透镜相对孔径分别为0.203和0.211时,1 310 nm激光最大耦合效率为82.54%,1 550 nm激光最大耦合效率为82.69%。当对准出现偏差时,耦合效率下降,对准偏差与耦合效率关系曲线与光纤端面光场分布曲线相似,工程上可方便地加以计算。实验结果验证了理论分析方法和结果,测得最大耦合效率为61%。     

空间光通信中的光束质量处理技术研究

由于通常采用圆形孔径加工光学系统,故可将单横模输出的半导体激光器发出的椭圆高斯光束近似为圆高斯光束,提出了对半导体激光器出射光束用轴对称光学系统进行处理的方法。并通过计算有限孔径的高斯光束有效菲涅尔数,确定了只要选择合适的孔径和距离,可以将几何光学的一些方法引入到高斯光束的处理问题中。实验中用视频激光光束检测仪对准直后的光束进行了测试,通过计算得出准直后的发散角被很好地控制在1mrad以内,从而验证了理论的可行性及准直系统的实用价值。     

激光空间通信中的天线研究

论述了中心遮挡高斯分布情形下卡塞格伦光学天线的增益理论。根据计算结果,绘出了设计曲线并讨论遮挡率和指向误差对增益的影响。分析表明,即使微弧量级的误差,也会对增益产生很大影响。此外,还讨论了卡塞格伦天线的设计问题。     

空间站信息系统与光纤通信技术

描述了空间站信息系统由信息功能和支持功能构成。在空间站这个特定的应用环境中,光纤通信技术具有比电缆更宽的传输带宽、超强的抗辐射和抗电磁干扰能力;并具有极小的体积和重量。该特点在空间站信息系统和管理系统中发挥了重要的作用。     

大气湍流下无线光通信信道性能研究

无线光通信中大气湍流导致光信号在传输中产生光强起伏等现象,其影响成为无线光通信普及的一大障碍．基于大气湍流不同光强起伏信道模型,分别建立了弱、中及强湍流信道的中断概率与平均信道容量数学统计模型,研究了大气折射率结构常数和传输距离对湍流信道可靠性的影响．仿真结果表明,归一化闽值信噪比和通信距离的增加导致通信系统性能劣化．平均信道容量随着湍流强度的增大而降低,且随着接收机平均电信噪比增大,弱湍流下的信道容量增长速度明显大于强湍流．     

空间激光通信光端机发展水平与发展趋势

激光通信技术和传统通信技术相比具有极大的优越性和广阔的应用前景,其中光端机是实现空间激光通信的核心系统.论述了近年来发达国家在光端机研发方面所取得的成果,讨论了光端机研发的发展趋势.在未来多型平台之间进行组网激光通信的背景下,对光端机上一对多通信光学天线的各种设计方案进行了梳理,从几个方面评价了各种设计方案的优缺点,并对网络化通信的光学天线关键技术提出了一些新的思考和分析.     

提高光信息存储主要性能参数的方法

光信息存储技术七十年代发展起来的以光波载息的存储技术，具有高存储密度、高信息输入速率／快速随机存取信息及存储寿命长等特点，目前已成为多媒体和信息高速公路的关键技术之一。进一步提高光信息存储的主要性能参数，是人们研究和关注的重要课题之一。本文分析了影响光信息存储性能参数的因素，提出了通过缩短激光器波长，采用列阵激光器和增加激光器输出功率等方法，来进一步提高这些性能参数。