蓝绿激光对潜通信光信道特性研究

蓝绿激光对潜通信光信道特性研究

论文摘要

对潜通信是各潜艇强国研究的热点和重点。自潜艇出现以后,各国都在努力探讨适合于潜艇通信的新方法。因此,迫切需要研制数据率更高、隐蔽性更好的对潜通信系统,蓝绿激光对潜通信系统正是在上述背景下诞生的。在蓝绿激光对潜通信信道中,多次散射对激光脉冲传输影响很大,对光信号的影响,一方面表现在探测器接收到的信号单脉冲能量的衰减,另一方面表现在当携带信息的光脉冲通过散射介质到达接收机时,脉冲将在时间上产生延迟和扩展。后者对系统的带宽和误码率有严重的影响,也容易引起码间干扰甚至符号串扰。因此,对激光在通道中的传播特性(尤其是散射特性)的研究就显得尤为重要。针对此问题,本文以机(星)载海洋激光对潜通信系统为背景,分析了蓝绿激光对潜通信光信道特性,建立了机载激光对潜通信的光脉冲传输模型,进而计算了对潜通信接收信号的能量衰减情况。在大气、云层、大气/海水、海水通道中,海水对光能量衰减影响最大;不同水质情况的海水对能量的衰减范围也比较大。研究了激光在云层介质中传输的多次散射特性,基于米氏散射理论,利用蒙特卡罗法来模拟激光在云层中传输的过程,分析了时间展宽后的光脉冲波形。结果表明,时间展宽后的脉冲具有陡峭的上升沿和指数形式的收尾;非对称因子、云层物理厚度、衰减系数、接收视场角等对时脉展宽都有影响,其中,非对称因子、云层物理厚度对时间展宽及时间延迟影响较大。在研究海水的多次散射理论方法中,采用了小角度近似理论来讨论海水中各项成分对时间延迟的影响;得出水质的浑浊程度对时间延迟影响最大。采用蒙特卡罗方法,模拟了蓝绿激光水下传输光子分布和时间展宽情况,得出水质浑浊程度对水下光通信的影响很大,这一结论与用小角度近似理论模拟出的结果相吻合。散射信道引起光脉冲时间延迟和时间展宽,此多散射效应引起的多径通道效应,对通信质量有较大影响,因此考虑采用频域滤波方式可以有效的提高信噪比。本文针对实际通信系统,结合系统设计的各种参数,采用蒙特卡罗法模拟得出的接收面上光子分布和波形展宽情况,更贴近实际,具有一定的创新性,更具有实际的指导意义。本文的研究方法和研究结果,对提高激光对潜通信、水下探测和成像系统的性能提供了理论基础。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 引言
  • 1.1 蓝绿激光对潜通信技术的研究背景和意义
  • 1.2 国内外对潜通信研究概况
  • 1.3 本文研究的主要内容
  • 第二章 下行链路信道特性分析
  • 2.1 前言
  • 2.2 大气光学通道
  • 2.3 云层特性分析
  • 2.4 海水界面分析
  • 2.5 海水信道分析
  • 2.6 背景辐射分析
  • 2.7 信道衰减的计算
  • 2.8 本章小结
  • 第三章 蒙特卡罗方法介绍
  • 3.1 蒙特卡罗概述
  • 3.2 蒙特卡罗法的解题步骤和特点
  • 3.3 蒙特卡罗法模型分析
  • 3.4 蒙特卡罗方法的模拟过程
  • 3.5 蒙特卡罗分析的假设条件
  • 3.6 本章小结
  • 第四章 云层散射及蒙特卡罗模拟分析
  • 4.1 引言
  • 4.2 接收光功率分析
  • 4.3 多径时间延迟分析
  • 4.4 蒙特卡罗模拟及结果分析
  • 4.5 本章小结
  • 第五章 海水的光学性质
  • 5.1 海水的光学性质概述
  • 5.2 海洋光学中的基本辐射量
  • 5.3 海水的光吸收参数
  • 5.4 海水的光散射参数
  • 5.5 光在海水中的吸收和散射特性分析
  • 5.5.1 海水的光吸收特性
  • 5.5.2 海水的光散射特性
  • 5.6 本章小结
  • 第六章 海水的散射理论分析及蒙特卡罗模拟
  • 6.1 海水的散射理论分析
  • 6.2 小角度近似方法
  • 6.2.1 海水散射引起激光脉冲传输延迟的理论分析
  • 6.2.2 模拟结果分析
  • 6.3 蒙特卡罗模拟方法及脉冲时间展宽
  • 6.3.1 蒙特卡罗模拟过程
  • 6.3.2 模拟结果及分析
  • 6.4 前向散射的频域特性
  • 6.5 本章小结
  • 第七章 多径信道对通信质量的影响
  • 7.1 多径信道对通信质量的影响
  • 7.2 频率选择性衰落
  • 7.3 频率选择性衰落对通信质量的影响
  • 7.4 频率选择性衰落所引起的误码率
  • 7.5 本章小结
  • 第八章 结束语
  • 8.1 论文工作总结
  • 8.2 论文创新点
  • 8.3 展望
  • 致谢
  • 参考文献
  • 攻硕期间取得的研究成果
  • 相关论文文献

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