天线振动对大气激光通信系统性能的影响

合集下载

激光在大气中的传输特性研究及仿真

激光在大气中的传输特性研究及仿真吕宏飞，田爱玲，韩峰、王红军、刘丙才（西安工业大学光电工程学院，西安710032）摘要：激光在大气中传输受到各种因素的影响。

本文以脉冲激光测距设计的实际需要为出发点，从大气的组成入手，对激光在大气中传输的理论特性进行研究，并建立激光大气传输系统的传递函数模型。

而激光在大气中的衰减主要受到大气分子的吸收、大气中微粒的散射和大气的折射影响。

针对以上几个因素的影响，本文在选择波长的基础上，用MATBLE对激光经过大气散射后的透射率进行仿真，并对仿真结果和实际测量结果进行分析。

通过数据计算和MATBLE 的仿真可以证明，在传输距离相同的条件下，波长越长，分子的散射越弱；波长越短，其散射越明显。

关键词：激光测距，大气传输，吸收，散射中图分类号：TN241文献标志码：AStudy and Simulation of the Transmission characteristics of laser propagation in the atmosphere（Lv Hongfei Tian Ailing HanFeng Wang Hongjun Liu Bingcai）（Xi’an Technological University）Abstract: Laser propagation in atmosphere under the influence of various factors. The pulse laser rangefinder design practical needs as the starting point, from the start with the composition of the atmosphere, the theory of laser propagation in the atmosphere were studied, and the establishment of atmospheric laser communication system transfer function model.While the laser beam in the atmosphere attenuation by atmospheric molecular charge, atmospheric particulate backscattering and atmospheric refraction effects. In view of the above the influence of several factors, the selection based on wavelength, MATBLE on laser atmospheric scattering transmissivity are simulated, and the simulation results and actual measurement result analysis.Through the data calculation and MATBLE simulation can be proved, the transmission distance under the same conditions, the longer wavelengths, molecular scattering is weak; the shorter wavelength, scattering more obvious.Key Words:Laser ranging; Atmospheric transmission; Absorption; Scattering引言鉴于探测信号和不同波长的激光等在大气中传输，因多种因素引起的能量衰减，影响了脉冲激光测距的性能。

大气扰动对通信卫星信号传输的影响

大气扰动对通信卫星信号传输的影响随着科技的不断发展，通信卫星已经成为现代社会不可或缺的一部分。

然而，通信卫星信号的传输并非面面俱到，在大气扰动的影响下，其稳定性和可靠性都会受到一定的影响。

大气扰动指的是大气中的各种涡旋、尾迹和湍流等不规则运动。

这些扰动在通信卫星信号传输中起到了双重作用。

一方面，它们会引起信号的发散和衰减，另一方面，它们也能使信号产生多次反射。

因此，我们需要了解大气扰动对通信卫星信号传输的具体影响，以寻找解决方案。

首先，大气扰动会引起信号的衰减。

当信号通过大气层时，它会受到大气分子和气溶胶的散射和吸收。

而大气扰动会增加大气分子和气溶胶的浓度，从而导致信号的衰减。

这种衰减在较高频率的信号中更为显著，因为在高频率下，信号更容易与大气分子和气溶胶发生碰撞。

其次，大气扰动还会导致信号的发散。

大气中的湍流会使得信号的传播方向发生变化，从而使信号传输的路径变得不稳定。

当信号穿过湍流时，会产生折射和弥散，导致信号的散失和信号散布。

这就给通信卫星信号传输带来了困难，特别是在需要高传输速率和长距离传输的情况下。

此外，大气扰动还会导致信号的多次反射。

大气中存在的散射体，如雾、云等，会使信号产生多次反射。

这些多次反射的信号会与原始信号相互干扰，形成多径效应。

多径效应会导致信号的幅度和相位的变化，从而降低信号的质量和传输速率。

为了克服这些大气扰动带来的问题，在通信卫星信号传输中，我们采用了一系列的技术和措施。

其中之一就是使用自适应天线。

自适应天线能够通过控制天线的方向和形状来适应信号传播路径的变化，从而减小信号的衰减和散失。

此外，自适应天线还能够根据当前的信号质量来调整信号的发射功率，从而提高通信的可靠性。

另外，引入跳频技术也是解决大气扰动问题的有效手段之一。

跳频技术通过随机地改变信号传输频率来降低信号的衰减和散失。

这样一来，即使信号经过湍流区域，也能够保持较好的传输质量。

除此之外，我们还可以利用信号处理技术来对抗大气扰动。

直线运动型无线光通信中振动对光接收功率的影响分析

学
报
２９卷
的轨道长度，在２００ｍ运动范围内进行仿真研究。轨道的振动情况决定光束发散角。振动幅度越大，发散角越大，接收端的光斑半径越大。因此，在运动间距Ｌ一５～２００ｍ时，选取∞ｏ＝０．０５～０．３０ｍｍ，波长Ａ＝１５５０ｎｍ，根据（５）式，得到运动距离Ｌ、光斑半径∞（Ｌ）和光腰半径∞。的变化关系，如图４所示。
如图１所示为典型无线光通信系统的光学天线。
图１无线光通信系统
Ｆｉｇ．１Ｗｉｒｅｌｅｓｓｏｐｔｉｃａｌｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ
发射天线以一定发散角口发射光信号，光信号功率密度分布不均匀，接收到的光功率也不断变化，
在大气中传输，到达光接收天线处呈一定大小的光如图２（ａ）所示。如果振动幅度较大，光斑还有可能
万方数据
９期
付兴虎等；直线运动型无线光通信中振动对光接收功率的影响分析
２３６９
通信容量大、安全保密性高、抗电磁于扰能力强等优点¨￣５］，适用于高速直线运动场合的通信。在运动通信过程中，能够保持光收发天线之间的信号畅通是该通信系统正常运行的关键，但是，轨道的不平整或者宏弯导致的系统振动会影响光束在大气中的正常传输阳］，使到达光接收天线的光束方向发生偏转，进而引起会聚后的像点偏移，这将苴接影响光接收透镜和接收光纤之问的耦合效率，甚至导致通信链路中断。常规的解决振动带来影响的措施口￣１３］主要有：采用ＡＰＴ（Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ，ＰｏｉｎｔｉｎｇａｎｄＴｒａｃｋｉｎｇ，即捕获、瞄准、跟踪）装置或利用大面积探
第２９卷第９期２００９年９月
文章编号：０２５３—２２３９（２００９）０９—２３６８—０６
光学学报
ＡＣＴＡＯＰＴＩＣＡＳＩＮＩＣＡ

大气对激光通信耦合效率影响因素研究

大气对激光通信耦合效率影响因素研究激光通信技术以其具有体积小，重量轻，功耗低，通信速率高，组网方便，保密性好等一些列优点而备受关注。

伴随着技术的进步，动态高精度跟踪等关键技术已经被突破，下一步激光通信技术又开始朝向高速率，远距离的方向发展，使得其优势进一步被发挥。

为了把光纤通信中波分复用，前置光放大，全光网络，分集接收等较成熟的技术引入，空间光高效耦合入光纤的难题成了亟需解决的瓶颈。

由于光纤芯径比较小，不易对准，而且空间光受大气等因素影响耦合入光纤的效率更低。

文章针对大气环境中激光通信接收技术中的空间光耦合入光纤技术进行研究，并给出相应结论。

标签：大气激光通信；大气湍流；空间光耦合Abstract：Laser communication technology has attracted much attention for its advantages such as small volume，light weight，low power consumption，high communication rate，convenient networking，good confidentiality and so on. With the progress of technology，dynamic high-precision tracking and other key technologies have been breakthrough，the next step of the laser communication technology began to move towards the direction of high speed，long-distance development，so that its advantages have been further developed. In order to introduce the mature technologies such as wavelength division multiplexing，preamplifier，all-optical network，diversity reception and so on，the problem of high-efficient coupling of spatial light into optical fiber has become a bottleneck that needs to be solved. Because the core diameter of optical fiber is relatively small，it is difficult to be aligned，and the coupling efficiency of space light is lower because of the influence of atmosphere and other factors. In this paper，the space light coupling into optical fiber in the laser communication receiving technology in atmospheric environment is studied，and the corresponding conclusions are given.Keywords：atmospheric laser communication；atmospheric turbulence；spatial optical coupling1 概述大氣激光通信技术在融合光纤通信的成熟技术的同时，也引入了空间光高效耦合入光纤的新难题。

大气激光通信系统的研究

大气激光通信系统的研究重庆理工大学文献综述文摘：激光信息在大气中的传输是大气光学领域最活跃的研究热点之一。

由于激光本身所具有的高强度、高相干性、高单色性和高方向性等特性，从而有容量大、波束窄、速度快、保密性好和抗干扰性强等优点，因此激光成为无线光通信中最理想的载体。

本文概述了大气激光通信的基本原理和发展，介绍了大气激光通信的特点和应用。

以一种能实现计算机间通信（能传输语音和数据）的新型以太网接口大气激光通信系统为例，结合实验研究，介绍了该系统的发射机和接收机。

并针对大气无线激光通信系统，本文深入地研究了大气湍流信道中随机光强信号的检测方法，对激光束在大气湍流信道中的传输进行了仿真和建模，并对实际的大气湍流信道进行了测量。

关键词：大气激光通信光发射终端光接收终端损耗特性激光I.激光通信概述1960年激光的出现极大地促进了许多学科的发展，其中也包括通信领域激光以其良好的方向性、相干性及高亮度性等特点成为光通信的理想光源。

将激光应用于通信，掀开了现代光通信史上崭新的一页，成为当今信息传递的主力军。

激光通信是以激光光束作为信息载体的一种通信方式，和传统的电通信一样，它可分为有线激光通信和无线激光通信两种形式。

其中，有线激光通信就是近年来发展迅猛的光纤通信。

无线激光通信也可称为自由空间激光通信，它直接利用激光在大气或太空中进行信号传递，可进行语音、数据、电视、多媒体图像等信号的高速双向传递。

这是目前国际上的一大研究热点，世界上各主要技术强国正投入大量的人力物力来抢占这一领域的技术优势。

根据使用情况，无线激光通信可分为:点对点、点对多点、环形或网络状通信。

在本文中，我们主要研究的是点对点的通信。

此外，根据传输信道的不同，无线激光通信又可分为:大气激光通信、星际(深空)激光通信和水下激光通信川。

大气激光通信是自由空间激光通信的一个分支，它以近地面大气作为传输媒介，是激光出现后最先研制的一种通信方式。

大气激光通信系统主要由光源、调制器、光发射机、光接收机及附加的电信发送和接收设备等组成，只要相互进行瞄准即可进行通信。

大气传输特性对激光探测性能影响研究的开题报告

大气传输特性对激光探测性能影响研究的开题报告
标题：大气传输特性对激光探测性能影响研究
背景与意义：
随着激光技术在气象、测量、通信等领域的广泛应用，在大气中传
输的激光探测系统性能的研究越来越重要。

大气传输特性因素复杂，导
致激光在传输过程中会受到多种影响，如大气吸收、散射、折射等。

本
研究将重点探究大气传输对激光探测系统性能的影响，并提出优化措施，以提高激光探测的精度和可靠性。

研究内容和计划：
1. 相关文献调研
本研究将综合查阅国内外相关文献，对激光在大气中的传输过程和
大气影响因素进行深入了解，制定研究方案。

2. 实验设计
本研究将选择适当的实验条件，建立激光探测系统，进行大气传输
特性对激光探测系统性能的影响实验。

实验包括大气吸收、散射、折射
等多方面内容。

3. 实验数据处理及分析
本研究将通过实验获得的数据进行处理和分析，主要包括大气传输
对激光能量衰减、信噪比、干扰噪声和抗干扰能力等方面的影响。

4. 结论总结
本研究将通过实验结果，总结大气传输特性对激光探测系统性能的
影响规律，提出相应的优化措施，以提高激光探测系统的性能指标。

结论：
本研究将通过深入探究大气传输特性对激光探测性能的影响，为优化激光探测系统提供科学依据，为激光在大气中的应用发展提供技术支持。

大气光学介质对激光通信性能的影响分析

大气光学介质对激光通信性能的影响分析激光通信作为一种高速、高效的通信方式，正在被广泛应用于无线通信、卫星通信等领域。

然而，随着通信技术的不断发展，大气光学介质对激光通信性能的影响也越来越受到关注。

激光在大气中传播时，会受到大气光散射、吸收和折射的影响，导致光束的传输受到衰减和扩散。

首先，大气光散射会使得光束在传输过程中产生多次散射，导致光的传输路径变长，增加了传输的损耗。

特别是在大气中含有大量的尘埃、气溶胶等颗粒物质时，光散射现象就会更为显著。

其次，大气对激光的吸收也会对通信性能产生重要影响。

在大气透明窗口范围内，激光通信的传输速率和传输距离受到大气分子吸收的限制。

当光束穿过大气时，水汽、二氧化碳等分子会吸收部分能量，导致激光的强度减弱，从而降低通信速率和传输距离。

此外，大气折射对激光通信的影响也不容忽视。

大气折射会导致光束的传输路径发生偏折，从而使得激光通信中的光束对准度变差。

尤其是在大气层中存在温度和湿度等变化时，大气密度分布不均匀，从而引起大气折射率的变化，进而影响光束的传输特性。

针对以上问题，科学家和工程师们采取了一系列措施来改善激光通信的性能。

首先，对于光束传输路径中的大气光散射，可以通过提高激光的空间相干性和波束质量，减少散射现象的发生。

其次，通过选择适当的频率和波长，可以避免大气分子吸收的影响。

此外，利用自适应光学系统、大气折射补偿技术等，可以有效减小大气折射对通信性能的影响。

除了大气光学介质的影响外，激光通信还面临其他一些挑战。

例如，大气湍流现象会引起光束的波前畸变，进而导致信号传输中的相位失真和功率损耗。

此外，气象条件的突变，如大雾、雨雪等天气现象，也会对激光通信的传输质量产生重大影响。

综上所述，大气光学介质对激光通信性能具有重要影响。

充分认识和理解这些影响，采取相应的技术手段和改善措施，可以提高激光通信系统的传输速率和稳定性，拓展其应用领域。

随着科学技术的不断进步，相信激光通信将在未来更加广泛地应用于各个领域，为人们的通信带来更加便利和高效的体验。

大气激光通信技术与应用

大气激光通信技术与应用摘要:大气激光通信技术以激光光波为载波，以大气为传输介质，结合了光纤通信、微波通信两大技术优势，不仅容量大、传输速度快，而且无需铺设光纤，因而应用优势显著。

文章结合大气激光通信技术原理与特点，分别从民用、军事两方面出发，就大气激光通信技术的应用加以探讨，以供参考与借鉴。

关键词:大气激光通信技术；民用；军事；应用自20世纪60年代激光出现后，有研究者就开始将激光作为通信介质，由此催生了激光通信这项全新的技术。

随着科学技术的开展，大气激光通信技术以良好的单色性、极强的方向性、集中的光功率及其架设迅速、灵活方便、隐蔽性佳、保密性好、本钱低廉等特点，在民用、军事领域得到了广泛而深入的应用。

1大气激光通信技术的原理与特点激光通信是以激光光束为信息载体，用以传送信息的通信方式，与传统电通信相似，激光通信包括两种，即有线与无线激光通信。

前者即以光导纤维为传输媒质的光纤通信技术，如今已经开展成为高速有线信息传输之骨干技术；后者即所谓的大气激光通信技术，作为一种无线连接方式，其借助高功率二极管、激光管生成的激光作为载波，以视距内两点间的互通而设计，可实现数据、视频、语音信号的传输。

大气激光通信技术原理与无线电通信相似，由两台激光通信工具构成通信系统，为使激光通信具备全双工通信能力，各系统均具备信号调制电路、激光器与光发射天线，激光发射过程中，受调制信号途径调制电路促使激光器发光，确保承载信号的激光借助光学天线进行受控扩散光束的发射，以实现天线接受。

接收过程中，系统借助光学天线收集光信号，并会聚到光电探测器上，并将该光信号成功转换为电信号，经滤波解调成功获取原信息。

如图1所示。

大气激光通信技术具有如下特点：1〕光波频带宽，信息容量大。

由于光频比微波基频高出千倍，因而赋予该技术极高的潜在传输速率，其信息载体可传输超过10Gbps数据码率，假设能同时利用光频带宽，那么全球可同时利用一束光线加以通信。

1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

ＹＵＫｎＹＩＬｉｉｎｇｎＮ－ｑａｚ
（．ｉｇｉＮｒｌｉｅｓｔｏａｏａｉｅ，ｈｓｓＤｅａｔｎ，ｎｙｉｚｏ，６４０１ＸｎｙｏｍａｖｒｉＦｒＮｔｎｌｓＰｙｉｐｒｍｅｔＸｉｇｉＵｎｙｉｉｔｃＧｎｈｕ５２０；２ＨｅａｓｉｔｆＳｉｃｎｅｈｏｏｙＸｉｉｎｎｎ４３０）．ｎｎＩｔｕｅｏｃｅｅａｄＴｃｎｌｇ，ｍｆｇＨｅａ，５０３ｎｔｎａ
一［手出
］㈤）
式中。高斯光束腰斑半径，激光波长，为振动的标准偏为Ａ为
着大气激光通信的稳定性和可靠性。人对影响大气激光通信的随参２数值模拟分析前信道已经做了很多理论研究和实验观测。关大气信道对通信系通性有在文献［］作者已经对振动幅度的大小对通信系统误码率的影４中能的影响也做了很多理论研究和实验目作者也对大气湍流及量子噪，响以及不同振幅时波长对通信系统误码率的影响进行了分析。文对本声对大气激光通信系统的影响进行了分析［在实际通信过程中，线３１。天振动也是一个不可避免的影响通信系统性能的因素．晶柯熙政［发射孔径和振动幅度对系统误码的影响进行了分析。对于空间光通马和５１ｚ值所而等人曾对天线振动对通信系统的误码率影响进行了分析．文在前人信，较大，以可以对上式进一步化简，大气激光通信一般距离本较短，以必须严格按照上式进行计算。所的工作基础了进一步进行了分析，进行了实验链路连接。并设定通信距离为５００ｍ，分别选用发射孔径半径分别为１ｍ、６１ｍｍ、８７１ｍ的的光束进行模拟，到图４从图中我们易知，得发射孔径半径越大，系统误码率就越小，动幅度越大，振系统误码越大。这与我天线振动会引起无线激光通信系统发射光束的振动，种振动可这因以分为平动和摆动。于信号光在接收机处的接收面远大于接收天线们前面的分析是相同的。然而发射孔径的大小并不能无限的增大．由所面积，发射机的平动不会对无线激光通信有很大的影响。而当光发为在激光通过光学天线时都需要准直，以不同的发射光束的腰斑半光依５的分析可知，准直范围之内，在发射机摆动一个很小的角度时，束中心相对于接收机将有一个很大的径的准直距离是不同的。据文献『１光射光束腰斑半径越大。在准直范围之外，们应该尽量选取产生大光我偏离。设发射光束的能量是具有中心对称特性的高斯分布，只需考故斑的光束腰斑半径。虑一维情况。由于接受天线的半径很小，接受面上接收机可以近似在为一点。
且进行了实验研究
【关键ｈｎｕｎｃｆＡｎｔｎａＶｉｒｔｎｎｍｏｐｒｃＬａｅｍｍｕｉａｉｎＳｙｔｍｅＩｆｅｅｏｌｅｎｂａｉｏＡｔｓｈｅｉｓｒＣｏｏｎｃｔｏｓｅ
【ｙｗｏｄ］ｍｓｈｒａｅｏｕｉｔｎＡｎｅｎｂａｉｎＢｔｒｏａｅＫｅｒｓＡｔｏｐｅｉＬｓｒＣｍｍｎｃｉ；ｔａＶｉｒｔ；ｉＥｒｒＲｔｃａｏｎｏ
０引言
大气激光通信因其通信容量大、率高、本低、网灵活方便、速成组无需频谱许可等优点，解决非常时期或非常条件下近距离通信问题是的有效手段，是构建局域网和解决 “ 后一公里 ” 颈问题的最佳方也最瓶案【然而在实际的应用中，气信道的不稳定性和天线振动常常影响ｌ】。大
【ｂｔａｔＩｓｍｏｔｓｈｒｓｒｃｍｎｃｔｎｅｔｎｌａｔｓｗｌａｅｔｈｅｆｍａｃｆｃｍｎｃｔｎｓｓｍｂｓｅｎｅｏＡｓｒｃ］ａｓｔｆｍｏｐｅｃｌｅｏｍｕｉａｏ，ｘｅａｆｃｏｉｆｃｔｅｐｒｒｎｅｏｏｍｕｉｉｙｔｅｉｓｔｒｒｎｙｅａｉａｉｒｒｌｏａｏｅｄｉｉ
科技信息
。机械与电子０
ＳＩＮＥ＆ＴＣＮＯＧＦＲＣＥＣＥＨＯＬＹＩＯＭＡＴＯＮＩＮ
２１００年
第１１期
天线振动对大气激光通信系统性能的影响
于坤 ’ 尹立强（．１兴义民族师范学院物理系贵州兴义６４０２５２０；．河南科技学院信息工程学院河南新乡４３０）５０３
ｆｃｏ，ｕｃｓｗｉ，ｃａｉａｉｒｔｏ，ｅｃｔｉａｙｔａｅｓｒｏｓｅｒｒｏｏａｔｒｓｈａｎｄｍｅｈｃｌｖｂａｉｎｔ．Ｉｓｅｓｏｃｕｓｅｕｒｏｆｔｃｍｍｕｉａｉｎｓｓｅｔａｈｔｎａｒｎｏｉｒｔｎｓｉｈｌｎｉｈｅｎｃｔｏｙｔｍｈｔｔｅａｅｎａｄｍｖｂａｉｌｇｔｎｏｙ．Ａｃｏｄｎｇｔｅｐｅｉｕｒｗｅａａｙｅｈｉｒｔｏｄｌｏｏｃｒｉｈｒｖｏｓｗｏｋ，ｎｓｄｔｅｖｂａｉｎｍｏｅｆｃｍｍｕｉａｉｎｓｓｅａｄｃｒｉｄｏｔａｘｅｍｅｔｌｎｃｔｙｔｍａｒｕｎｅｐｒｎ．ｏｎｅｉ
【摘要】大气激光通信系统中，内部因素外，在除外部因素也严重影响着通信系统的性能。由于大风、机械振动等原因，易造成天线呈现容不规则振动，微的天线振动即可造成通信系统的严重误码。文在前人的工作基础上对大气激光通信系统的振动模型进行了进一步分析．轻本并