论文摘要
无线光通信是指利用激光光束作为载波在大气通信信道中直接进行数据,图像,语音等信息传递的一种无线激光通信技术。由于无线光通信的特殊性,所以光通信具有许多的优点,例如信息量大、抗电磁干扰、保密性能好等。近年来航空航天事业的飞速发展,卫星和地面之间,卫星和卫星之间的无线光通信受到人们的广泛关注。无线光通信是在大气信道中传输的,光束在传输的过程中势必受到湍流大气的影响。因此,深入研究光束在湍流大气通道的传输特性,不仅具有理论意义,而且对无线光通信系统的设计有实际指导价值。本文重点研究了信道大气湍流强度、信道几何结构参数、大气湍流引入的光束整体抖动、发射基台和接收平台抖动造成光束指向误差等因素对非Kolmogorov湍流大气无线光通信信道中信号信息量的影响所涉及的问题。具体内容包括,首先讨论了以高斯光束为载波的中强湍流大气信道的信息容量问题,讨论中采用Gamma-Gamma光强概率分布模式模拟大气湍流信道中的湍流状态,考虑信道中存在的各类气溶胶悬浮颗粒的光吸收,引入了光束传输路径的损耗因素,注意到大尺度湍涡对传输光束的折射效应引入光束随机漂移因子和考虑到建筑物摇摆会造成光束指向误差,引入指向误差方差,建立了包含这些因素的通信信道中信号信息量理论模型。同时导出了非Kolmogorov湍流大气中传输光束指向误差新方差表达式和相关Gamma-Gamma分布模型。其次是讨论了中强湍流信道中倾斜传输信号的信息量,研究中采用短期光束扩展代替长期扩展表示光束漂移的校正,由此建立了漂移的校正Gamma-Gamma光强分布函数,并利用信道统计模式理论得出湍流倾斜校正的高斯光束在湍流信道中传输信号的信息量。本文得出下列主要研究结果:（1）高斯光束在非Kolmogorov湍流大气信道中传输时,光束质心会受到总像差和倾斜像差的影响。其中:总像差信道中的光束质心随着天顶角和谱指数的增加而增加,而湍流倾斜像差信道中光束质心位置随着天顶角和谱指数的增加而变化非常小,相对于总像差的影响,可以忽略。光束质心是随着传输距离的增加而逐渐增加。总像差信道中,谱指数在3.1到3.9变化时,质心位置在0.2m到0.4m的范围内波动。（2）通信信道中湍流强度、功率谱指数、波长和接受器半径对所传输的空间高斯型分布光信号所能传递的信息量皆有影响。具体表现在:随着传输距离的增加,信息量呈现降低的趋势,在相同条件下,湍流功率谱指数越大,其信息量下降幅度越明显;在传输距离一定时,信息量随湍流功率谱指数的变化成抖动变化形态,传输距离越大,信息量随湍流功率谱指数变化的抖动越强;湍流强度越强,信息量下降越快。（3）在倾斜校正中等湍流强度信道中传输时,传输距离为0-7km,平均信息量呈现出波动状态。而在传输距离大于7km时信息量随着传输距离的增大而逐渐降低。当功率谱指数α= 3.97时,信息量随距离增加而降低最快。强湍流情况下,信息量随着传输距离的增加而单调逐渐降低。
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