大气激光通信系统 - 360文档中心

激光传输应用前景

致谢
• 感谢各位评委老师的评审 • 感谢济南大学对我四年的培养 • 感谢苏永道老师的指导 • 感谢老师和同学们的帮助
微脉冲激光雷达
大气激光雷达
大气激光传输的不足
• 大气激光传输对天气的要求较高，传输中受外界的影响较大； • 在应用中只能在实验室达到很高水平，在市场普及使用还需要继续的研究发展。
总结
• 激光的应用已经遍及千家万户，和我们的生活融为一体了，但是激光的大气传输的研究及应用还需要进一步的发展，在未来的信息通信，激光武器等都离不开大气激光的传输，激光以其优越的性能赢得了广泛的关注，在不久的将来，激光大气传输一定有飞速的发展。
大气激光传输性能与应用研究
专业：光信息科学与技术答辩人：张瑞东导师：苏永道
研究整体概况
• • • • 一、大气激光传输优点二、大气激光传输的发展概况三、大气激光传输的性能研究四、大气激光传输的应用研究
一、大气激光传输优点
• 与传统的无线电通信手段和光端机通信方式相比，激光大气传输通信具有安装便捷、使用方便等特点，很适合于在特殊地形、地貌及有线通信难以实现和机动性要求较高的场所工作。此外，激光大气通信系统跟其他无线电通信手段相比，还具有不挤占宝贵的无线电频率资源、电磁兼容性好、抗电磁干扰能力强、且不干扰其他传输设备、保密性强等特点，并且在有效通信距离和宽带等方面还蕴藏着巨大的发展潜力。
自适应激光补偿测距仪
四、大气激光传输的应用研究
1、大气激光传输在军事上的应用由于大气激光通信除了具有无线电通信的优点外，还具有方向性强、保密性好、反侦听、电子对抗能力强，能量可集中等优点，国内外开展了将大气激光通信用于车辆间移动通信的研究，如在车辆间的敌我识别等的应用。在激光武器方面更是发挥着重要作用。

激光通信介绍

背景六十年代激光出现以来，光学和整个现代科学的面貌都焕然一新，激光以其突出的高度相干性、高亮度、方向性好、极小的发散角、功率集中等优异特点广泛应用于各个邻域中。

空间激光通信是指利用激光束作载波在陆地或外太空直接进行语音、数据、图像信息双向传送的一种技术。

与微波通信相比，激光通信具有以下显著的优势：激光波长短，通信容量显著增大；较小的发射功率需求；较小的收发天线和系统结构；各通信链路间的电磁干扰小；由于通信激光束发散角很小，保密性强，这一点对军事应用十分重要。

研究现状主要研究单位有：NASA的喷气推进实验室、美国空军部、林肯实验室、欧空局、日本邮政通信室、宇宙开发事业团。

国内目前主要研究单位有哈尔滨工业大学、北京大学、电子科技大学、长春理工大学、上海光机所、武汉大学及空间技术研究院504所等。

关键技术：激光及高码率调制技术、光学准直技术、高增益光学收发天线、高灵敏度光信号接收技术、快速精确的APT（捕获、瞄准、跟踪）技术、大气信道技术。

自由空间光通信原理：最初的无线激光通信系统和无线电系统在结构上基本相同。

信号通过调制器加载到光波上，通过光学天线将发散角极小的光束向发射出去。

接收端的光学天线捕获到经调制的光波后，首先经过光探测器件将光信号转换为电信号，然后由解码器解调作加载的信号。

其中激光器类似于无线电通信中的射频发生器。

发射端和接收端的收发光学天线相当于无线电收发电线。

所不同的仅仅是激光通信使用光波作为信息的载波。

光学天线其实就是光学望远镜，只是尺寸有明显的减小。

一、光空间通信技术（FSO）自由空间光通信或称无线光通信（FSO：Free Space Optical Communication）是一种宽带接入方式。

FSO是光通信和无线通信结合的产物，是用小功率红外激光束在大气中传送光信号的通信系统，也可以理解为是以大气为介质的激光通信系统。

FSO有两种工作波长：850纳米和1550纳米。

850纳米的设备相对便宜，一般应用在传输距离不太远的场合。

空间激光通信系统中大气湍流的自适应补偿方法

实时校正光束波前畸变，以提高光学系统的成像质量，在光波质量方面，进一步的目
标是要提高到接近衍射极限的水平，主要由波前探滑、波前控制和波前校正三部分组成。本文还具体分析了自适应ｌ
光学系统中时间带宽与空间带宽的匹配问题。空间激光通信系统和自适应光学系统都是非常复杂的系统工程。若将
自适应光学技术有效地应用于空间激光通信系统，必然会使空间激光通信技术的发展迈上新的台阶。关键词：空间激光通信；大气湍流；自适应光学
中图分类号：Ｔ３７Ｐ１文献标识码：Ａ文章编号：１７６２—９７（０８２—００ —０８０２０）００１３
ａｍｏｐｅｉｕｂｌｎｅｗｈｎｌｓｒｂａｔａｓｓｉｎｔｒｕｈｉ．ｈｏｅｃｎｅｔｏｄｐｉｅｏｔｓｉｏｒｃｓｒｅｍｔｓｈｒｃｔｒｕｅｃｅｅｅｍｒｎｍｉｓｏｏｇｔＴｅｃｒｏｔｎｆａｔｐｉｓｃｒｅｔａｅａａｈａｖｃｌｂｗａｅｒｎｉｔｒａｃａ－ｍｅｖｆｏｔｓｕｂｎｅｉｒｌｔｄｎｅｉ，ｗｉｎａｃｐｉａｙｔｍｇｎｕｌｙａｄｔｅｎｘｉｉｒａｈｔｅｌｖｌｆｔｉｔｅｈｎｅｏｔｃｌｓｅｉｈｔｏｓｍａｉｇｑａｉｅｔｍｅｃｅｔｎｈａｓｈｅｏｄｆｒｃｉｎｌｔｔｏ．ａｔｅｏｔｃｓｅｃｎｉｔｆｖｆｏｔｅｅｔｏｉａｔｏｍｉａｉｎＡｄｐｉｐｉｓｙｔｍｏｓｓｓｗａｅ＇ｎｔｃｉｎ，ｗａｅ＇ｎｏｔｌｄｗａｅｒｎｏｅｔｎ．ｉｖｓｏｉｄｖｆｏｔｎｒｖｆｏｔｒｃｉｉｃｏａｎｃｏｈｏｌｍｆａｗｉｔｔｈｎｅｗｅｎｔｏｉａｃｍａｎｉａｌｚｄｄｔｉ．ｎｃｎｌｓｏｐｃｅＴｅｒｂｅｏｂｄｄｈｍａｃｉｇｂｔｅｍｅｄｍａｄｓａｅｏｉａｙｅｅａｌｄＩｏｃｕｉｎ，ｓａｅｌｓｒｐｎｉｎｎｐｄｓｎｅａｃｍｍｕｉａｉｎａｄａａｔｅｏｔｃｙｔｍｒｌｃｍｐｉａｅｙｔｍｎｉｅｒｇＩａｔｅｏｔｓｔｃｉｕａｅａ — ｏｎｃｔｏｎｄｐｉｐｉｓｓｓｅａｅａｌｏｌｃｔｄｓｓｅｅｇｎｅｉ．ｆａｐｉｐｉｅｈｑｅＣｂｐｖｎｄｖｃｎｎｐｉｄｉａｅｌｓｒｃｍｍｕｉａｏｓｅａｄｉｒｖｄｂｒｃｉｅ，ｉｍｕｔｅｅｍｉｓｏｅｉｅｄｖｌｐｎｆｐｃｌｓｃｅｏｅｎｐａｎｃｔｎｓｔｍｐｏｅｙｐａｔｉｙｎｓｃｔｓＤｗｌｔｎｔｅｅｏｍｅｔｓａｅｂａｅｎｈｏｌｓｒｏａｅｍｍｕｉａｉｎｃｎｃｔｏＫｅｒｓｐｃｓｒｃｍｍｕｉａｉｎａｍｏｐｅｉｒｕｅｃ；ａａｔｅｏｔｓｙｗｏｄ：ｓａｅｌｅｏａｎｃｔｏ；ｔｓｈｒｃｔｂｌｎｅｄｐｉｐｉｕｖｃ

激光通信空间传输技术

01
02
03
半导体激光器
研究高功率、高效率的半导体激光器，提高激光输出的稳定性和可靠性。
光纤激光器
利用光纤作为增益介质，实现高功率、高效率的激光输出，同时具有良好的光束质量。
固体激光器
研究新型固体激光材料，提高激光器的能量转换效率和输出功率。
大气湍流对信号影响及补偿措施
大气湍流模型
研究大气湍流的统计特性和物理模型，为信号传输提供准确的预测和补偿。
该试验成功实现了卫星与地面站之间的激光通信，标志着中国在卫星激光通信领域取得了重要突破。
地面站与飞行器间数据传输需求
高数据传输速率
随着空间探测任务的日益复杂，对数据传输速率的要求也越来越高，激光通信能够满足这一需求
。
大容量数据传输
激光通信具有传输容量大的特点，能够满足地面站与飞行器之间
大容量数据的传输需求。
特点
激光通信具有传输速度快、容量大、保密性好、抗干扰能力强等优点，是实现高速、大容量通信的重要手段。
空间传输技术概述
空间传输技术
指利用激光在大气或空间中进行信息传输的技术，包括自由空间光通信和卫星激光通信等。
技术原理
通过调制激光束的强度、相位、频率等参数，将信息加载到激光上，然后通过光学系统发射到空间中，接收端通过光学系统接收并解调激光信号，实现信息传输。
01
接收来自发射端的激光信号，并进行精确指向和跟踪。
光检测器与解调器
02
将接收到的光信号转换为电信号，并进行解调处理，还原出原
始传输信息。
解码与信号处理单元
03
对接收到的信号进行解码和解密处理，确保信息的完整性和安
全性。

LDPC联合PPM的调制解调方法

第1期 2019 年 2 月
微处理机9
·微机网络与通信·
LDPC 联合 PPM 的调制解调方法
赵柏山，宋丰仕
（沈阳工业大学信息科学与工程学院, 沈阳 110870）
摘要: 在开放式大气激光通信系统中，大气中噪声的存在严重影响激光通信质量。为了改善通
Key words: Pulse position modulation; Low density parity check; Soft demodulation
1引言
开放式大气激光通信技术与无线电通信技术原理相似，即先将信号调制到激光束上，然后把带有信号的激光发送出去，最后用接收装置把信号检出来。激光通信技术由于其拥有较高的通信速率和较低的频谱资源投入等特点，成为一种极具发展前途的通信方式。但是激光通信系统也存在易受大气噪声影响[1]等问题。因此，光通信系统必须要具有一定的纠错能力[2]。通常被用到的调制方式有脉冲位置调制（Pulse Position Modulation, PPM）[3]，开关键控调制（On/Off Key, OOK）[4]。常用的编码方式有低密度奇偶校验码（Low Density Parity Check, LDPC）[5]，循环
ZHAO BaiShan, SONG FengShi
(School of Information Science and Engineering, Shenyang University of Technology, Shenyang 110870, China)
Abstract: In the open atmosphere laser communication system, the existence of atmospheric noise seriously affects the quality of laser communication. In order to improve the communication quality and reduce the error rate of open atmosphere laser communication, an improved laser communication method is proposed. The method combines the low density parity check code with pulse position modulation and soft demodulation, so as to apply to an open atmospheric laser communication system. Low density parity check codes can improve coding efficiency and error correction capability. Pulse position modulation can reduce the average power of laser emission and ensure communication quality. Soft demodulation can make full use of channel information for effective decoding. Simulation shows the communication performance curves under different cyclic check codes lengths and different cyclic check iteration times, and verifies the effectiveness of this method in significantly reducing the bit error rate.

大气闪烁对无线激光通信效能的影响

ｔｏｏｓｔｏｄｅｅａｉｎ．ｉｎｐｉｉｎａｌｖｔｏｎ
Ｋｅｒｓｌｓｒｃｍｍｕｉａｉｎ；ｔｓｈｒｃｎｉａｉｎ；ｉｅｒｒｒｔｙｗｏｄ：ｅｏａｎｃｔｏａｍｏｐｅｉｓｉｔｌｔｃｌｏｂｔｒａｅｏ
ＬＩＮａＺＨＡＮＧｎＨＵｈ — ｎｎ，Ｎｉｇ，Ｓｉａ
（ｎ１３，ＬＢｒｎ０２９，ｈｎ）Ｕｉ９６５ＰＡ，ｅｉｇ１２４Ｃｉｔａ
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面向激光通信的大气随机信道分析与研究

ｉｓｗｉｅｂｎｗｉｔｔｄａｄｄｈ，ｓｌｓａｅａｄｈｇｅｒｃ．Ｉａｍｐｒａｔｍｅｎｎｎｄｐｏｓｎｒｓｅｔｍａｌｃｌｎｉｈｓｃｅｙｔｈｓｉｏｔｎａｉｇａｒｍｉｉｇｐｏｐｃ．Ｃｈｒｃｅｓｉｓａａｔｒｔｃｉｏｐｃｔｓｈｒｃｒｎｄｍｈｎｅａｅｉｌｔｄｅｆｓａｅａｍｏｐｅａｏｃａｎｌｈｓｂｅｎｍａｎｙｓｕｉｄ，ｅｐｃａｌｈｆｅｔｏｈａｄｍｈａｎｌｔａｅｉｓｅｉｌｙｔｅｅｆｃｆｔｅｒｎｏｃｔｈａｎｌｗａｕｌ，ａｄｔｅｆｃｌｉｌｔｏｓｄｎｙｃｍｐｔｒｈａｕａｒｏｄｌｏｈｅｃｎｅｓｂｉｔｎｈａｕａｓｍｕａｉｎｗａｏｅｂｏｕｅ，ｔｅｆｃｌｅｗｅｅｃｍｐａｅｔｒｄｗｉｈｔｅｐｔ．Ｗｅａａｙｅｔａｔｒｈａｋｈａｅａｖｒｏｒｔｅｌｓｒｔｏｇｔｓｈｒ．Ｗｉｈｔｉｙ－ｈｈｏｏｎｌｚｈｅｆｃｏｓｔｔｍａｅｔｅｌｓｒｂｅｍａｉｕｓｆｈａｅｈｒｕｈａｍｏｐｅｅｏｔｈｓｓｓ
Ｋｅｒｓ：ｗｉｅｅｓｏｔｃｃｍｍｕｉａｉｎ；ａｍｏｐｒａｄｍｈｎｅ；ｒａｍｅｓｏｎｙｗｏｄｒｌｓｐｉｏｎｃｔｏｔｓｈｅｅｒｎｏｃａｎｌｅｈｉｈｗｉｇ；ｌｓｒｂａａｅｅｍ

激光通信系统中PPM调制与解调电路系统研究

解调电路系统，具有电路构成简单、体积小、成本低等特点，能够满足小型激光通信系统的设计要求。但在系统设计方面必须满足某些限定条件，才能实现线性调制与解调，以保证语音通信的技术指标要求。
１Ｍ信号的ＰＰ频谱特征
若调制信号ｆ）对幅度为Ａ、宽度为Ｔ（，ｔ和重复周期为Ｔｓ的矩形载波脉冲序列
ＴｉｔｓｄｃｓｄａａｓｔｔｈｏｇｐｂｍａｏｔｅＭｏｕｔｎｈｈｉｉｕｓａｄｌｅｈｅｎｌｙｌｓｕｔＰｍｄｌｉａｄｓｓｅｎｎｙｄｃｏｒｅｂｅｓｅｏｈＰａｏｎｄｍｄｌｉｃｃｉｓｔｉｔａｏｈｒｌｅｃｍｕｉｔｎｔ，ｐｓｔｔｅｏｕｔｎｕｓｅｎｔｓｅａｒｍｎａｏｓｅａｄｅｓａｏｉｔｙｍｈｍｐｅｏｒｓｅｓｃｉｙｍｎｒｎｈｓｅｅｍｔｍｔａｍｄｌｆｔＰＭｏｕｔｎｄｍｄｌｉｃｃｉｓｓｍｕｏａｅａｃｌｅｏｈＰｍｄｌｉａｄｏｕｔｎｕｓｔ．ｔｒｈｉｏｓｅｒａｏｎｅａｏｉｔｙｅＡｈｒｇｅｔｃｎｉｎｏｌｅｒｄｌｉａｄｏｕｔｎ，ｎｅｕｅｉｃｎｅｉｉｏｔｏｄｉｓｉａｍｕｔｎｄｍｄｌｉａｄｃｄｏｎｃｏｖｕｈｅｔｏｆｎｏａｏｎｅａｏｄｔｓｔｎｂｗｅｔｍｄｌｉｆｔａｄｉａｌｅｆｑｅｃｅｃｒｏ．ｓｌｅｇｅｅｅｈｏｕｔｎｏｎｍｘｌｒｕｎｙｕｉＡｗｌｓｎｄｔｎｅａｏａｒａｍａｒｃｓｅｘｓｎｅａｄｉｓ