降雨和雾气天气下自由空间光通信性能研究

天气的影响会导致自由空间光通信系统性能恶化。利用Mie理论和两种雨滴谱分布模型,计算了不同降雨量下大气激光传输的衰减;根据Kim和AlNaboulsi模型计算了激光在不同能见度下的衰减。研究了降雨和雾气对自由空间光通信系统性能的影响,分析了不同降雨量时降雨和雾气天气条件下传输距离与误码率的关系以及发射功率与误码率的关系。结果表明,降雨量不同会影响通信距离;雾天衰减比雨天衰减更为严重,通信距离变短,为保证系统正常工作,可以适当加大发射功率。     

激光大气传输的雨雾衰减特性研究

各种特殊天气的影响是制约无线光通信发展的重要因素,雨雾等天气对激光信号传输的衰减影响很大。主要研究了各种雨雾天气对激光大气传输的衰减特性,根据Mie散射理论分析了精确计算激光信号衰减的方法,并对几种常用的雨雾衰减经验模型进行Matlab数值仿真,通过分析从中得出激光衰减系数和雨雾天气能见度的关系。     

雾天环境中激光传输的衰减特性研究

根据辐射雾和平流雾中含水量和能见度的经验关系,分析了雾天气对激光大气传输衰减的计算公式,并对三种常用的雾衰减经验模型进行Matlab数值仿真,得出了激光衰减系数和雾天气能见度的关系。最后,针对三种半经验模型所存在的缺陷,通过Mie散射理论提出了一种包含测量距离、接收器视场角等信息的新的经验公式。     

雾天环境下激光传输的衰减特性研究

激光在大气中传输时容易受天气的影响,因为雨、雪、雾等恶劣天气对激光有严重的衰减作用,会使通信的稳定性变差.因此分析激光在不同天气条件下的传输效应和衰减特性非常有必要.本文根据辐射雾和平流雾中含水量和能见度的经验关系,分析了雾天气对激光大气传输衰减的计算公式,并对三种常用的雾衰减经验模型进行了Matlab数值仿真,得出了激光衰减系数和雾天气能见度的关系.     

1.06μm激光大气衰减系数理论计算模型研究

气溶胶的复杂性及难以现场测量性造成了1.06 μm激光传输特性与气候、地域密切相关且难以计算.在经典大气传输理论模型的基础上,提出了1.06 μm激光大气衰减系数理论计算模型的构建方法,将理论计算与实际天气情况相结合,实现了1.06 μm激光衰减特性的实时计算,简化了激光大气衰减特性的工程计算.通过绥中地区不同能见度下激光衰减系数的实测实验,得到了2.5 km、3 km、5 km、10km、12 km、14 km、20 km七种能见度下的1.06 μm激光大气传输衰减系数,构建了绥中地区激光大气衰减系数理论计算模型,验证了该方法的可行性.     

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。     

预测毫米波雾衰减的抛物方程模型研究

雾是影响毫米波通信系统性能的典型气象条件之一.针对传统经验模型无法精确预测多径效应下的电波传播问题,给出了基于抛物方程的雾衰减预测模型.以自由空间雾特征衰减的预测为例,将本文模型与Rayleigh近似及经验模型的计算结果进行对比,验证了该方法的可靠性.最后将该模型应用于预测35 GHz和94 GHz毫米波在分别含有平流雾和辐射雾的复杂环境中的传播特性,仿真结果表明该模型有效地反映了地形绕射、地表反射等对电波传播的影响,为快速准确地预测复杂地理环境及特殊气象条件中的电波传播特性提供了一种有效的预测模型.     

散射效应对FSO-OFDM系统的影响研究与仿真

为了研究了大气散射效应对光信号的影响,以雨粒子为例,从其物理特性出发,应用Mie散射理论和Joss雨滴谱分布,计算了雨粒子对光波传输的衰减,在此基础上分析了光散射效应对自由空间光通信-正交频分复用系统性能的影响。结果表明,在散射信道中,自由空间光通信-正交频分复用系统的性能主要取决于散射造成的光强度起伏方差,其次为散射造成的光强度衰减系数。     

1.064 μm脉冲激光在雾中传输的蒙特卡洛模拟

在大气无线光通信中,大气中的雾滴会导致激光信号严重衰减,从而使得脉冲信号的时间展宽和能量衰减。应用蒙特卡洛多次散射模型对1.064μm激光脉冲在雾中的传输特性进行了数值模拟。在模拟中,基于米氏散射理论,计算出了光在不同雾能见度下的散射相函数值,并通过随机抽样方法得到了随机数与散射角的对应关系。与采用H-G相函数近似表示粒子对光的米氏散射特性的方法相比,这种方法更精确。在此基础上,模拟了不同雾环境和接收视场角下激光信号的脉冲响应特性。     

雨滴谱模型对雨衰减计算的适用性分析

雨滴谱分布模型是影响红外激光在雨中传输性能的一个重要因素。尽管现有的雨滴谱模型很多,但并未形成统一的结论,具体应用中模型的选择没有依据,使得计算中模型的选择具有一定的盲目性。针对此问题,论文从Mie散射理论出发,采用理论分析与仿真分析相结合的方法,讨论了几种雨滴的谱分布特性,比较了几种典型雨滴谱模型下的光传输衰减特性,分析了雨滴尺寸分布在计算大气衰减时的差异。并通过与实测雨衰减数据进行比较,最终得到了L-P模型对大雨条件下的衰减计算较为准确,Joss模型对小雨条件下的衰减计算较为准确的结论。论文的结论对于无线光通信等应用领域中模型的合理选择具有一定的指导意义。     

水雾中1.06 μm激光辐射的衰减特性

通过试验研究了1.06 m激光辐射在水雾环境中的衰减特性。定量测量了不同气象光学视程（MOR）的水雾对1.06 m激光辐射的衰减程度,计算了水雾环境下的1.06 m激光辐射的等效MOR。分别采用试验数据和经验公式计算了1.06 m激光辐射在不同能见度条件下的消光系数。通过对比发现由经验公式计算的消光系数存在明显偏差,尤其是在低能见度条件下。基于试验数据,推导了一种以可见光能见度为输入的消光系数计算公式,对估计云雾环境下近红外光辐射的衰减特性具有重要参考价值。     

海面水雾对激光传输的影响分析

为了研究水雾对激光传输的影响,采用理论分析与设备实测相比对的方法,对水雾的近红外消光特性进行了理论分析和实验验证,取得了海洋环境雾天不同能见度条件下的激光大气传输衰减特性测量数据及同等试验条件下的模拟计算对比数据。结果表明,海洋环境下,水雾是影响激光大气传输的主要因素,其消光系数量级在10-1km-1或100km-1,水雾对激光传输的衰减是大气分子散射和吸收所引起衰减的十几倍甚至几十倍;结合实测数据对经验常数C进行了修正,得到基于能见度的1.06m激光在海雾中衰减的经验公式。所得结果对科学评价激光对抗装备远场效能具有参考意义。     

大气衰减效应对光通信影响及仿真分析

为了准确把握近地光通信时大气因素的作用机制和影响效果,有效提升通信质量,考虑针对首要影响因子——大气衰减效应进行建模、分析和仿真。首先细化了衰减效应分类,然后结合大气参数和类别特点建立了相关描述模型;在此基础上,利用大气窗口下的光通信常用波段进行了模型仿真和分析。主要结果表明,长波长激光和高海拔通信有利于光通信的进行,而大高差斜距通信模式则需要规避。这些结论的得出为大气光通信信道模型的建立以及光通信的开展提供了参考和依据,具有一定的指导意义。     

无线光通信光功率衰减模型分析

现有的无线光通信系统中,光功率衰减模型普遍采用的是平面波假设下的模型,而实际无线光通信系统发射的激光是高斯光束。因此,建立高斯光束下的光功率衰减模型更加符合实际情况。利用理论推导结合仿真的方法,分析了高斯光束下发射光功率计算中积分限的选取,在综合考虑精确性和简易性的原则下,建立了高斯光束的光功率衰减模型,并以此为基础,比较了平面波和高斯光束下的光功率衰减模型,研究了平面波近似带来的误差。结果表明:两种模型明显不同,平面波假设下的模型会低估无线光通信系统的性能,在分析最大可通信距离时会带来12%~13%的相对误差。     

雾对10.6μm红外辐射的衰减特性研究

基于gamma雾滴尺寸分布模型及辐射雾和平流雾含水量与能见度的经验关系,计算并回归得到了平流雾和辐射雾对10.6μm红外辐射的衰减与含水量和能见度的关系,其对浓辐射雾得到的雾衰减与含水量的线性关系与文献所给实验结果和半经验公式均有很好的一致性.最后对雾的红外衰减和可见光衰减进行了比较,结果表明浓平流雾对10.6μm红外辐射的雾衰减大于可见光的雾衰减.     

Millimeter-Wave Attenuation Due to Fog and Clouds

The parameters of gamma drop size distribution model of fog and clouds are derived based on the liquid water content and optical visibility, the attenuation are calculated and discussed with this model and empirical relations of the liquid water content and the visibility or other parameters of fog and clouds. A new empirical formula to estimate fog and clouds attenuation is presented based on the Reyleigh absorption approximation, which is more accurate in general and can be used in wider frequency and temperature range than other empirical formulas.