日盲紫外自由空间通信调制系统的研究

论文摘要

紫外光通信是一种新型的自由空间光通信方式,它具有一些特殊的优点,如保密性好、抗干扰性能强,非直视通信等。因此,紫外光通信非常适合应用在一些对保密性要求高,地形复杂的场合。太阳紫外辐射在通过大气层时,不仅由于氧气作用滤去了其中的真空紫外成分,而且由于在对流层上部的臭氧层对300- 200nm紫外线有强烈的吸收作用,太阳的这一波段紫外辐射在近地大气中几乎不存在,形成所谓日盲区。该区域的紫外光用于通信,具有背景干净,抗干扰性强的特点。因此本系统选定了波长为254nm的紫外光作为自由空间光通信的载体。同时由于紫外光独特的强散射性,决定了其能实现特定区域范围内非视距通信,这是日盲紫外光通信相对于其他通信方式的又一优点。文章首先对紫外光的传输特性进行了分析,说明了大气层,空气中的介质,以及大气湍流对紫外光传输的影响。引入Luegtten等人提出的基于椭球坐标系的单散射信道模型,对紫外光在NLOS方式下的传输能量接收做出了定量的分析。根据Zhengyuan Xu在该模型下的实验结论,对紫外光通信中的发送和接受角度选择做出了优化性建议。其次,根据紫外光的特性,详细讨论了搭建紫外光通信系统关键器件的选择。低压汞灯因其高转换效率,功率范围宽,光谱线集中在日盲段（辐射出约90%的253.7nm紫外光）等优越性能成为本系统的发射光源。并以此展开介绍了以光电倍增管为核心的接收装置;简单说明了AD73311L,AMBE2000,以及51单片机组成的语音处理系统。详细介绍了低压汞灯的发光特性及过程,综合考虑基带信号的为二进制式,系统最终选用2FSK调制方式。第三,由于低压荧光灯使用电子镇流器作为驱动电路,分别设计了半桥谐振电路、L6574主控芯片、以L6574为核心的APFC电路、浪涌电流抑制电路和EMI滤波器的工作原理和设计过程。本设计的目的是结合现阶段技术条件,对于紫外光语音通信进行了初步探索。经过多次实验表明,本系统已经实现了距离1060m范围内,速率为9.6Kbps下低误码率的文字信息紫外光通信。为进一步实现实时语音通信打下了坚实的基础。文章最后给出了实验结果和展望。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 发展自由空间紫外光通信系统的意义
• 1.2.1 常用通信方式介绍
• 1.2.2 以紫外光为媒介的通信系统的价值
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 国外研究状况
• 1.3.2 国内发展状况
• 1.4 本文研究的目的和研究内容
• 1.4.1 本文研究的目的
• 1.4.2 本文研究的内容
• 2 日盲紫外光及其大气传输特性
• 2.1 日盲紫外光的定义
• 2.2 影响紫外光通信的主要因素
• 2.2.1 大气吸收
• 2.2.2 大气散射
• 2.2.3 大气湍流
• 2.3 紫外线的大气传输特性数学模型
• 2.3.1 紫外光LOS 方式大气传输特性数学模型
• 2.3.2 紫外光NLOS 方式大气传输特性数学模型
• 3 系统的总体设计
• 3.1 紫外光通信系统的机理与应用
• 3.2 紫外光通信系统关键器件的选定
• 3.2.1 紫外发射源的选定
• 3.2.2 紫外探测器的选定
• 3.2.3 语音处理算法和芯片
• 3.3 调制方案的选定
• 3.3.1 调制原理
• 3.3.2 荧光灯的放电伏安特性和工作原理
• 3.3.3 调制方案的确定
• 3.4 系统的整体构架
• 4 调制系统硬件设计
• 4.1 电子镇流器概述
• 4.2 半桥逆变谐振电路
• 4.3 L6574 的应用设计
• 4.3.1 L6574 工作过程
• 4.3.2 调光功能的实现
• 4.3.3 L6574 其余电路介绍
• 4.4 有源功率因数校正电路
• 4.4.1 功率因数校正原理
• 4.4.2 有源功率因数校正的特点
• 4.4.3 有源功率因数校正电路的基本类型
• 4.4.4 Boost 变换器工作原理
• 4.5 Boost 型 APFC 的实现
• 4.5.1 L6561 工作原理
• 4.5.2 L6574 外围电路设计
• 4.5.3 控制电路设计
• 4.5.4 APFC 电路实验结果
• 4.6 浪涌电流的保护
• 4.6.1 NTC 热敏电阻特性
• 4.6.2 热敏电阻的使用
• 4.7 EMI 和EMC
• 4.7.1 EMI 滤波器的设计
• 4.8 实验系统与实验结果
• 5 总结与展望
• 5.1 后续工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录