地面水平传输激光光强闪烁和到达角起伏效应实验研究

论文摘要

自由空间光通信是一种在自由空间中以光波为信息载体的无线宽带通信技术。与传统的微波通信和光纤通信相比,自由空间光通信的主要优点包括:传输速率高、通信容量大、保密性好、不需要无线电频率使用许可、体积小、重量轻、成本低、结构简单等。对于自由空间光通信一种——地面无线光通信,作为信息载体的光波会在大气信道中传输,大气湍流引起的折射率随机起伏将导致传输光场的随机变化,宏观上表现为光场空间相干性退化、到达角起伏、光强起伏、光束漂移和光束扩展等效应。这些效应会严重降低光束的传输质量,进而影响通信系统的性能和链路的可靠性。为了了解大气湍流对地面无线光通信的影响,本文进行了城市链路大气激光水平传输的实验研究,主要对光强闪烁和到达角起伏效应进行了实验测量。本论文主要包括以下几方面的内容:首先介绍了课题的背景及意义,并综述了国内外地面无线光通信的研究现状。其次介绍了激光在大气信道中的传播特性,分析了大气对激光束传播的影响和大气信道模型。再次介绍了地面无线光通信系统,以及测量光强闪烁和到达角起伏效应的实验系统及方案。然后对光强闪烁的实验结果进行了分析。根据实验测得的数据分别对闪烁指数的日变化规律,光强的谱密度和高频谱密度的标度指数,光强的概率分布进行了分析。最后对到达角起伏效应的实验结果进行了分析。根据实验测得的数据分别对到达角起伏方差的日变化规律,到达角的谱密度和高频谱密度的标度指数,到达角的概率分布进行了分析。本文对地面水平传输激光的光强闪烁和到达角起伏效应进行了较深入的实验研究,为地面无线光通信系统的研制与设计以及光波在大气中传输的研究提供了一定的依据和实验基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 国内外无线光通信研究现状及分析
• 1.2.1 国外研究现状及分析
• 1.2.2 国内研究现状及分析
• 1.3 本论文的主要内容
• 第2章 激光在大气信道中的传播特性
• 2.1 大气对激光束传播的影响
• 2.1.1 大气吸收
• 2.1.2 大气散射
• 2.1.3 大气湍流
• 2.1.4 热晕效应
• 2.2 大气信道模型
• 2.2.1 大气衰减信道
• 2.2.2 大气湍流信道
• 2.2.3 大气信道中的背景光噪声
• 2.3 本章小结
• 第3章 无线光通信系统及光传输实验系统
• 3.1 地面无线光通信系统
• 3.1.1 系统框图
• 3.1.2 系统各单元功能
• 3.2 水平光传输实验系统及方案
• 3.2.1 实验系统
• 3.2.2 实验方案
• 3.3 本章小结
• 第4章 光强闪烁实验结果及分析
• 4.1 闪烁指数
• 4.2 光强的谱密度
• 4.2.1 光强谱密度的分析方法
• 4.2.2 光强谱密度的分析过程及结果
• 4.2.3 光强的概率密度函数
• 4.3 本章小结
• 第5章 到达角起伏实验结果及分析
• 5.1 折射率结构常数
• 5.2 到达角的谱密度
• 5.2.1 到达角谱密度的分析方法
• 5.2.2 到达角谱密度的分析过程及结果
• 5.2.3 到达角的概率密度函数
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢