上行激光在海水界面传输特性的研究

针对采用双叠加法模拟海面时所出现的锁相环效应,根据海浪谱的窄带特性,选取不同风速下的频率采样范围,应用频率方向对应法对三维海面进行仿真,仿真结果真实地反映了三维海面的随机起伏情况;从菲涅尔公式出发,对上行激光通过海水-空气界面时的反射、折射特性以及能量总透射率进行了分析和仿真,仿真结果表明风速的变化和上行激光在海面的入射角极大地影响了其能量透射率。最后,分析了上行激光通过三维起伏海面时的散射效应。

激光在海水界面上的传输特性分析

利用海—空界面的数学模型,对海面激光束的漂移和扩散作用进行分析。水下激光通信系统的光学信道是由大气、空—海界面和海—空界面以及海水组成;激光由海—空界面和空—海界面分别进行上下行传输。由于上下行信道的传输特性并非是简单可逆的,必须从两个不同的方面来分析激光在海水界面上的传输问题。通常海水界面不是平静的水平面,容易受到风力或其他外力的影响,产生随机起伏,降低接收光功率,由此提高了对接收机的要求。光在不同介质中的传播特性不同,大气和海水折射率的差别是影响激光传输的决定性因素。通过激光在空—海界面上的传输情况,建立海水→大气界面的数学模型,着重在理论上分析激光束在上行信道上通过海面的扩散和漂移规律。

激光中继镜系统的上行光束模拟

介绍了激光中继镜技术的概念和激光中继镜系统的工作过程,分析了该系统的优势和应用范围,建立了激光中继镜系统上行光束模型并近似为一真空远场衍射模型。分析了上行光束的传输方式并计算了理想条件下不同传输距离Z处接收光场H(R)的强度、相位分布以及能量接收效率η与接收望远镜口径R和传输距离之间Z的关系曲线,最后对结果进行了分析。得出在理想情况下,当中继镜系统采用1.5m口径的望远镜发射和接收波长3.8μm激光束时,随着衍射距离的增加,接收场的衍射远场特性逐步显现,对传输距离在50km范围内,系统的能量接收效率在85%以上。

无线激光通信网络的上行接入带宽动态分配

针对传统的带宽分配方法存在分配精度低、效率差等问题,提出无线激光通信网络的上行接入带宽动态分配方法。采用坐标延迟方法对相空间进行重构,引入统计信号处理法,获取上行接入带宽使用容量。采用上行轮询算法对无线激光通信网络上行接入带宽的周期空闲损失进行分析,采用固定周期的轮询机制,获取分配时隙,引入流量预测法,对无线激光通信网络上行接入带宽进行动态分配。实验结果分析,本文法的吞吐量及性能均要优于传统分配方法。

应用于可见光通信的上行链路方案探讨

基于对采用射频、可见光、780～950 nm红外光作为可见光通信上行链路的分析，提出了采用1550 nm激光作为可见光通信上行链路的全新方案，在典型室内应用场景下，与下行的可见光链路共同构成一套波分双工全光通信链路，其上行链路可达1 Gb/s。1550 nm激光上行链路同样具有速率高、无电磁干扰、与保密性好等与可见光通信相一致的特点，可以成为可见光通信上行链路候选方案之一。

基于OSSK调制的MIMO星地激光通信上行链路系统

目的:研究光学空间移位键控(OSSK)调制的多输入多输出(MIMO)星地激光通信上行链路系统。方法:利用Malaga(M)分布表征近地面湍流光强闪烁、光束漂移、到达角起伏的联合影响。推导OSSK调制的MIMO星地激光通信上行链路误码率的闭合表达式。仿真分析信噪比、天顶角对系统误码率的影响,并且与差分相移键控、最小位移键控等传统调制进行对比,最后采用蒙特卡洛方法对仿真结果进行验证。结果:OSSK调制相较于传统调制可以在同等条件下降低约2个数量级误码率,增加接收天线可以进一步提高系统性能。为满足最低通信需求,OSSK调制可以获得更大的最大天顶角。结论:OSSK调制可以有效地优化通信性能,降低星地激光通信的成本,从而为星地激光通信系统的研究提供了有效方案。

水下激光通信上行传输特性研究

采用谱分析的方法,建立三维随机海浪的模型;根据大气折射率高度模型,对变折射率大气进行分层。在理论上分析激光通过随机起伏的海面和折射率不均匀分布的大气后,到达卫星接收机平面时形成的光斑的形状、位置和大小。仿真结果表明,海面随机起伏对上行光传输的影响取决于发射光束覆盖的海面区域,即海面光斑的尺寸与海浪波长的相对关系。当海面光斑的尺寸相对很大或很小时,对上行光传输的影响可忽略;在其它情况下通过适当调整发射光束的宽度可以提高通信的质量和稳定性。

基于相干合成的中继镜系统光束上行传输分析

建立了以相干光束阵列作为光源的中继镜系统模型,光源相位分布由随机并行梯度下降算法优化控制;定义了上行接收光束强度分布不均匀影响因子并分析了上行传输过程的评价函数;在H-V5/7模型大气湍流条件下分别计算了以相干光束阵列作为光源和以平台截断光束作为光源的中继镜系统的上行传输效能。结果显示,利用随机并行梯度算法控制多光束相干合成实现中继镜系统光束上行传输,系统上行传输能量耦合效率和上行接收光束强度均匀性均得到了有效的提高。对10 km上行传输过程,系统评价函数由0.6730提升至0.8838;对30 km上行传输过程,系统评价函数由0.4266提升至0.8560。

基于涡旋光源和相位优化的中继镜系统上行链路光束传输缩比实验研究

激光中继镜技术是一项备受各方瞩目的新型系统作战概念。光束在上行链路传输过程中，接收望远镜的截断和次镜的阻挡导致了严重的能量损耗，降低了中继镜系统的性能。涡旋光源和相位优化是提升激光中继镜系统上行链路能量效率的有效方法之一。以光源口径为1．2m，上行传输距离为30km，上行接收望远镜外径为1．2m，内径为0．24m的中继镜系统为原型，搭建了相同菲涅耳数的中继镜系统光束上行传输缩比实验装置，通过液晶空间光调制器反射调制Nd；YVO。光源的方法产生涡旋光源，并由随机并行梯度下降算法优化涡旋光源相位分布，开展了中继镜系统上行链路光束传输缩比实验研究。实验结果表明，通过采用涡旋光源和相位优化，中继镜系统上行链路能量效率得到了显著提高，由71．89％提升至91．59％。

光无线局域网上行链路中的光束对准设计

光链路是无线局域网安全性的物理层解决方案,其中上行链路为便携式终端设备设计的LD发射光束对准是关键问题之一。在Windows平台上展示了一种自动对准的软硬件控制方法,利用Windows中的Direct Show函数库,对激光光斑与目标的对准情况进行视频信号采集和图像识别,为简化识别算法,以蓝色为特征颜色并以一个特定的形状来标识对准目标,以650 nm红色LD为识别导向光束。使之位于红外传输光束中心位置左右,通过识别LD红色光斑与蓝色目标并判断它们之间偏差的方位和距离,将数据输出到下位机控制的微型云台,在二维方位上校准光斑与目标的偏差,同时通过红外LD实现了发送端到接收目标的光信号传输。