大气光通信中大气湍流影响抑制技术研究进展
空间光通信中的湍流抑制技术研究
空间光通信中的湍流抑制技术研究
自由空间光通信(Free Space Optics,FSO)是目前发展迅速的一种新型通信方式,在卫星通信、地面通信、军事方面都有广泛的应用。
折射率不稳定造成的大气湍流效应对自由空间光通信系统的性能有着严重的影响,是FSO系统中一个重要的问题。
本文主要针对空间光通信系统中的两种湍流抑制技术——自适应光学技术和部分相干光技术进行了研究,主要工作内容如下:1、对空间光通信系统中的大气湍流抑制方法进行了调研和综述,包括:孔径平均技术、分集技术、透镜改进技术、自适应光学技术、部分相干光技术等。
2、研究了激光在湍流大气中传输的基本理论,利用分步傅里叶方法和谱反演法对激光在大气中的传输进行了数值仿真。
研究了基于Fresnel缩放理论的实验室内长距离传输模拟方法。
3、完成了基于SPGD算法的非波前探测自适应光学大气湍流抑制实验,研究了非波前探测自适应光学技术对光纤耦合效率的提升作用。
实验结果表明,不同湍流强度下,校正后的光纤耦合效率能提升2.7～9dB不等,同时校正后的光纤耦合效率更集中。
4、研究了部分相干光技术。
对伪部分相干高斯谢尔模光束在湍流大气中的传输进行仿真分析。
仿真结果表明,部分相干光技术在长距离或强湍流情况下能有效降低闪烁系数,相干长度越小,湍流抑制能力越强。
当湍流强度Cn2=1×10-13m2/3,传输距离为2.5km时,相对于完全相干光,部分相干高斯谢尔模光束能将闪烁系数从2.8降低到2.2。
光在湍流大气中的传播综述
谢谢！
3. 3 激光束的扩展
湍流大气中传播的激光光斑在时刻漂移着， 如果我们长时间观测（或观察光斑的长曝 光照片），因光斑漂移引起的累加效果会 形成比瞬时光斑（短曝光光斑）大得多的 弥散斑，这通常称为长时扩展. 而湍流大气 的影响也会使激光束的瞬时光斑扩大，通 常称为短时扩展.
四 结论
大气中的湍流对激光束的影响占突出地位, 重点介绍瑞流作用下的激光的三种物理现 象即强度起伏(大气闪烁),光束漂移和扩展。 实现激光在大气中的更好应用，这些问题 是急需解决的
2.2 大气闪烁
光束强度在时间和空间上随机起伏，光强忽大忽 小，即所谓光束强度闪烁。大气闪烁就是由湍流 漩涡引起的
大气闪烁的幅度特性 由接收平面上某点光强I的 对数强度方差来表征
I2 [ln(I / I 0 )]2 4[ln(A/ A0 )]2 4 2
2 2 式中， 可通过理论计算求得，而 I 则可由
三. 激光在大气端流中的传播
激光是20 世纪最伟大的发明之一. 激光的高相 干度、高亮度、强方向性是普通光源无法比拟 的优点，它在各个学科与技术领域的应用无所 不在、与日俱增. 但当激光在大气中长距离传 播时，由于大气的影响，相干度、亮度会下降， 光束会发散、抖动，当然还有许多物理上的性 质要改变，激光的优点被大大消蚀. 因此， 要 充分发挥激光的优势，必须了解大气湍流对激 光的影响.
2.4 湍流大气中的光传播现象
当光在湍流大气中传播时，大气湍流造成的折射率的起 伏导致激光波阵面的畸变，破坏了光的相干性. 而相干性 的退化将严重削弱光的光学质量，引起光线的随机漂移、 光能量在湍流大气中的传播光束截面上的重新分布（畸 变、展宽、破碎等）、光实际传播路径长度的起伏、一 定接收面积上光强起伏等.
大气湍流下无线光通信信道性能研究
伏强度大小 ， 一般采用下式估算光强度起伏［］ ４ 为
一
１２Ｃｋ／ ｕ ． ３ ￣ ６ ／ Ｌ
（） １
式 中： 一 ２ 为波数 ； ｋ 丌 Ｌ为系统传输距离； 为大 气折射率结构常数 ， 其值与信号传输高度和大气风 速相 关 ， 般用 Ｈｕｎｇ ｌ Ｖａｌｙ模型 表示 ［］ 一 ｆａｅ— ｌ ｅ ４ 为
第 ３ 卷第 ５ １ 期 ２１ 年 １ ０１ Ｏ月
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Ｖｏ． １Ｎｏ ５ １３ ． Ｏｃ． ０ １ ｔ２ １
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆ ｉａ ｃ ｎ ｌ ｉ ｌ ｉ ｒｉ ｏ ｒ ａ ｏ ’ ｎＴｅ ｈ ｏｏ ｃ ｖ ｓ ｙ Ｘ ｇ ａ Ｕｎ ｅ ｔ
文章编 号 ： １ ７ —９ ５ ２ １ ） ５４ ３０ ６ ３９ ６ （０ １ ０ —１ —５
闪烁 ． 对于 通信 速率 ， 气 湍流 引 起 的光 信 号 衰 相 大
大气 湍流 下 无 线光 通 信 信 道性 能研 究
黄根 全
（ 北方雷 达电子科 技集团有限公 司， 安 ７Ｏ Ｏ ） 西 １ １０
摘Hale Waihona Puke 要 ： 无线光通信 中大气湍流导致光信号在传输 中产生光强起伏等现 象， 其影响成为无线
光通 信普及 的一 大障碍 ． 于 大 气湍流 不 同光 强起 伏信 道 模 型 ， 别建 立 了弱 、 基 分 中及 强 湍 流信
关 键 词 ： 无 线光通 信 ； 流信道 模 型 ； 湍 中断概 率 ； 信道 容量
中 图号 ： Ｔ ２ ． Ｎ９ ９ １ 文 献标 志码 ： Ａ
无 线光 通信 具 有 大 带 宽 、 干 扰 能 力 强 、 密 抗 保
光通信系统中的串扰抑制技术研究
光通信系统中的串扰抑制技术研究摘要：光通信系统作为现代通信领域中的重要组成部分，其可靠性和性能成为研究的重点。
然而，光通信系统中存在的光纤串扰问题会限制系统的传输质量和传输距离。
因此，研究和应用串扰抑制技术对于光通信系统的发展至关重要。
本文主要讨论了光通信系统中的串扰抑制技术的研究现状、问题和未来发展方向。
第1节引言光通信系统是一种利用光纤作为传输介质的通信系统，具有大带宽、低衰减、抗电磁干扰等优点。
然而，由于光纤内的光信号在传输过程中会产生串扰现象，使得信号的质量和传输距离受到限制。
因此，如何有效抑制光通信系统中的串扰，成为了研究的焦点。
第2节光纤串扰的原理及分类光纤串扰是由于光纤结构中的各种因素导致的光信号之间的相互影响。
根据影响的类型，光纤串扰可以分为线性串扰和非线性串扰。
线性串扰包括色散补偿、光相位噪声和光强噪声等效应；非线性串扰包括光强调制导致的广义自相位调制和自相位调制导致的非线性相位噪声。
第3节光通信系统中的串扰抑制技术为了抑制光通信系统中的串扰，研究人员提出了多种串扰抑制技术。
其中，两种主要的串扰抑制技术分别是光纤传感和串扰均衡。
光纤传感是利用光纤中的传感机制来实现串扰的抑制，如利用布拉格光纤光栅实现串扰抑制、利用全光纤环实现串扰抑制等。
串扰均衡是通过在接收端引入反转串扰信号来抵消串扰的影响，如采用数字信号处理技术实现串扰均衡、使用光纤光学时钟实现串扰均衡等。
第4节光通信系统中串扰抑制技术的问题和挑战尽管已经提出了多种串扰抑制技术，但在实际应用中仍然存在一些问题和挑战。
首先，串扰抑制技术的复杂性和成本是一个重要问题，需要在保证性能的同时考虑成本因素。
其次，光纤传感技术在长距离和高速传输中的应用仍然面临一些挑战，如温度和压力的影响等。
此外，非线性串扰问题在高速传输系统中也是一个难点，需要进一步研究和解决。
第5节光通信系统中串扰抑制技术的发展趋势针对光通信系统中的串扰抑制技术问题和挑战，未来的研究和发展趋势主要包括以下几个方面。
浅议大气湍流对无线光通信系统的影响
董康 军 ， 郭立新 马保科 （ 西 电 科 学 ２ 南 学 ） １ 安 子 技大 ； 渭 师范 院 ． ．
摘要： 当激 光 波 束通 过 大气 湍 流 时 ， 大气 湍 流 效 应造 成 了 光束 漂
移 、 度 起 伏 ， 束 扩 展 和 像 点 抖 动 等 现 象 ， 致 相 干 性 退 化 削 弱 激 强 光 导 光 通 信 的质 量 ， 而 破 坏 了激 光 的相 干 性 。 从 文章 介 绍 了大 气 湍流 的形 成 及 基 本 特 性 ， 强 度 起伏 、 束 漂移 及扩 展 与 到 达 角 起伏 进 行 了 分 对 光 线 光 通 信 的 发展 具 有 十 分 重 要 的 实 际 意 义。
起 伏
Ｃ ＜Ｔ 一 （ ｒ ｒ国 ｌ ＜＜ Ｌ ； 【 ）Ｔ ＞一 ０ ｒ ＜ ｏ （ ＋ ） 】 ＜
２ 大气湍流对光通信 系统传输 的影响
（） ２
激 光 束通 过 有 湍流 的大气 传 输 时 ， 强 度 、 位 和 传 其 相
析 ， 通 过 研 究 分析 穿 过 大气 湍流 后 激 光 波 束 的 变化 特 征 ， 会 对 无 输 方 向会 受到扰 动 而 出现相 应 的随机 变化 并 将 对 大小相 关。大气湍 流效 应造 成 了 关键 词 ：大 气 湍 流 光 束 漂 移 光 束 扩展 强 度起 伏 到达 角 光束漂 移 、 强度 起伏 ， 束扩 展和 像点 抖 动等 现象 ， 而破 光 从
坏 了激 光 的相 干 性 ，导 致相 干性 退 化削 弱激 光通 信 的质 自激光 问世 以来 ， 有 保密 性好 ， 干扰 能力 强 ， 具 抗 信息 量。 容 量 大 ， 输率 高 ， 传 系统尺 寸小 ， 重量 轻 ， 造 和维 护 经 费 建 ２１ 光束 漂移和 扩 展 ． 低 ， 需频率 许可 证等优 点 。 无 在通 信 、 雷达 、 测距 、 感 和检 遥 由于 太气 湍流 的 干扰 ， 当波 束在 湍 流大 气 中传 播 时 ， 测 等 方面 的大 量 应 用有 力地 促 进 了无 线光 通 信 等 方面 的 有限束宽激光在湍流 大气中传输时光束会 出现扩展和漂 研 究。 移。 当观 察 时间很 短 时 ， 这两 种效 应基 本上 是独 立 的。 当观 同时 ， 激光 特 有的 高强度 、 单 色性 、 高 高相 干性 和 高 方 察 时 间较 长 时 ，扩 展 了 的光束 实际 上包 括 了漂移 的影 响， 向性 诸 多特 性 ， 它成 为空 间通信 最 理 想 的载 体 ， 为 它 使 因 称 为长期 扩展 ， 以 当谈 到湍流 大 气 中传 输 光束 扩展 时我 所 增 益更 高 、 速度 更 快、 干扰 性更 强和 保 密性 更好 ， 抗 同时容 们 要 区分短 期和 长期 光束 扩展。 常称 ＜Ｐ ＞为短期 平均 通 量 更大 、 束 更窄。 然 而 ， 许 多使用 激 光工作 的系统 ， 波 在 其 光斑 半径 ， ＜ｐＬ ＞为长期平 均 光斑 半径 ， ＜ｐ ＞为平均 束漂 性 能会 受 到大 气 的影 响 ， 光 的传输 介质 包含 了长距 离 的 激 移 量 ， 者 的 关 系表 示 为 ： ＜ｐｓ ＜Ｐ。 “ 期 ” 三 ＜ｐ ＞ ２ 短 ＞ 和 大气 ， 自由空 间光 通信 、 光 雷达 、 光 测距 等 ， 中湍 如 激 激 其 “ 长期 ” 的时间 判据是 △ｔ Ｄｖ ＝ ／。Ｄ是光 的直 径 ， 横 向风 Ｖ是 流 效应 是对 激光 大气传 输影 响最 大 的因素 之一。由于 大气 速。当观察 时间远 小于 △ｔ时 ， 则得 短期观 察效 果 ， 当观 而 湍 流 引入 的相 位 扰动 ，光 束会 产 生展 宽和 漂 移 ，光场 的 察 时间远 大于 △ｔ时 ，则 得 长期 观察 效 果。 △ｔ 的量 级在 时 ～空相 干性 受到 干扰 甚至 破坏 ；由于 大气 湍流 的 存在 ， ００ ．５秒 左右 。 通常 情况 下大气 湍流造 成 的光 束扩展 可 以 比 当激 光 穿过 其 中 时 ， 产生 闪烁 现 象 ， 会 光场 强 度 分 布 也会 光束 自身 的衍射 极 限大到 ２到 ３个 数 量级 ， 从而 使通 过 随 发 生起伏 ， 大气 折射 率 会发 生微 小 的起伏 。 这些 效应 会 削 机 大气传 输 的激光 光强 降低。 输 光束 的漂移和 扩 展现 象 传 弱光束 质量 ， 本文具 体 分析 了随 机 大气信 道 湍流 效应 的各 体 现 了对 传 输 光束 成 像 的所 形 成接 收光斑 的 空 间位 置 的 种 影 响 因素 ， 避免 影 响 自由空 间 光通 信 系统 、 光 雷达 为 激 时 间变化 情况 。它比较 全面 的反 映 了湍 流对 光传 输 的影 响 系统 、 光 测距 系统 的性 能 ， 出 了一 些具 有 实 用 价值 的 激 提 建 议 ， 会 对提 高大气 光学 系统 的性 能有 实际 的意 义。 将 ２２ 强 度起伏 和 大气 闪烁 ＿ １ 大气 湍流 效应 激 光 通信 在湍 流 大 气 中传 输 时 由于 折 射 率 的起 伏 使 大 气温 度 的随机 变化 引起大 气 密度 的 随机 变化 ， 类 人 其散 射强 度 会发 生起伏 ， 出现所 谓 的 闪烁 现 象。 大气 闪 即 活 动和 太 阳辐 照等 因素 将 引起 大气 微小 温度 的随机 变化 ， 烁效 应 实际 上就 是通 常 情况 下 ， 当光 束直 径 比湍流尺 度 大 从 而形 成 大气 的湍 流 ， 它是 大气 折 射率 导 致 的随机 变化 。 很 多 时 ， 束 截面 内 包含 多个 湍流 旋 涡 ， 个旋 涡各 自对 光 每 这 些 变化 使湍 流 大气 中传输 光 束 的波前 也将 作 随机 起伏 ， 照 射其上 的那 部 分 光束独 立散 射和 衍 射 ， 使光 束 的强度 和 它们 的变化 的累积 效应 导致 折 射率 轮廓 的 明显 不均 匀性 ， 相 光 由此 引起 光束 漂移和 扩 展 ， 强度 起伏 和 像点 抖 动等 一 系列 相 位在 空间 和 时 间上 出现随 机 分 布 ， 干性 退 化 ， 束 面 积 扩大 ， 起接 收端 的光强 起伏和 衰减 。 大气 湍流 使信 号 引 光 传输 的大 气湍 流效 应。我们通 常 把折射 率场 的变化 主要 变得 不 易把 握 ， 对光 通信 系统 的稳 定 通信 造成 很 高误码 率 是 由温 度起 伏 引起 的湍 流称 为 光学 湍流 ， 度这 种折 射 率 量 通信 质量 下 降。
大气湍流中光传播的数值模拟
大气湍流中光传播的数值模拟* 马保科1,2， 郭立新1 吴振森1（1.西安电子科技大学，陕西西安 710071 2.西安工程大学，陕西西安 710048 ）摘 要 光在大气湍流中传播时，受大气分子、气溶胶等粒子的相互作用，将发生光束扩展、漂移和相干性退化等大气湍流效应，这些因素严重影响了光波的远场特性。
文章从大气湍流中光传播的理论研究入手，分析了如何构造较为合理的大气湍流相位屏。
进而采用McGlamery 算法，对Kolmogorov 谱下的大气湍流随机相位屏进行了数值模拟，并分析了光波从发射机经湍流大气传播到达接收机时的远场变化特性。
研究表明，大气湍流的存在对光的远场传播质量造成很大的影响，研究结果也为大气湍流中与光传播相关的工程应用及自适应光学技术的完善提供了参考。
关键词 大气湍流；McGlamery 算法；相位屏模拟； 大气结构常数；中图分类号 TP391 文献标识码 A1 引言大气湍流是一个相当复杂的随机媒质系统，虽然物理学界对湍流的研究已经历了相当漫长的历史，但因涉及的因素千头万绪，其间的相互作用和关系也错综复杂，人们对其物理本质至今未能做到较为清楚的认识。
因此，光在大气湍流中传播问题的研究仍存在理论和实验上的挑战[1,2]。
通常，当光在湍流大气中传播时，光束截面内包含着许多的大气漩涡，这些漩涡各自对照射到它的那一部分光束形成衍射作用，可导致光束的强度和相位随机变化，进而表现出光束扩展，大气闪烁和相位起伏等大气湍流效应，从而严重降低了接收机的接收效率。
目前，突破大气湍流的影响仍是光在随机介质中传播所要解决的关键问题[3]。
早在20世纪中期，苏联的Obukhov 便采用Rytov 平缓微扰法由实验反演湍流特征。
在闪烁的饱和现象被发现之后，物理学界又将Markov 近似引入求解光场的统计矩，研究大气湍流下的光场特性[1]。
然而，在中等起伏条件下，目前仍没有找到很好的解析处理方法。
由于数值模拟能够从光的传播过程出发，较为清楚地反映出所涉及问题的物理本质，因而成为研究湍流效应的主要方法[4]。
大气湍流对空间相干光通信的影响研究
导师 简 介 ： 柯 熙政（ １ ９ ６ ２ 一） ， 男， 教授 ， 博士生导师 ， 主 要 从 事 自 由空 间 光 通 信 方 面 的研 究 。Ｅ — ｍａ ｉ ｌ ： ｘ ｚ ｋ ｅ ＠２ ６ ３ ． ｎ ｅ ｔ
０ ８０ ６０１ —１
５ ２ ， ０ ８ ０ ６ ０ １ （ ２ ０ １ ５ ）
Ａ ｂｓ ｔ ｒ ａｃｔ Ｔｈｅ ｅ ｆ ｆ ｉ ｃｉ ｅ ｎｃ ｙ ｏｆ ｏ ｐｔ ｉ ｃａ ｌ ｈｅ ｔ ｅ ｒ ｏｄ ｙｎｅ ｄｅ ｔ ｅ ｃｔ ｉ ｏｎ ｉ ｓ ｎｏ ｔ ｏ ｎｌ ｙ ｒ ｅ ｌ ａ ｔ ｅｄ ｔ ０ ｔ ｈｅ ａ ｔ ｍ ｏｓ ｐｈｅｒ ｉ ｃ ｔ ｕｒ ｂｕｌ ｅ ｎｃ ｅ． ｂｕｔ ａ ｌ ｓ ｏ
收 端 一 般 采 用 外 差 探 测 方 式 。
大气 湍 流效 应 严 重 影 响 了空 间相 干 光 通 信 的可 靠性 和稳定 性 ， 降低 了外 差 探测 系 统 的检 测灵 敏 度 ， 增 加 了接 收信 号 的误 码 率 。文 献 【 ８ 】 研究 了 Ａ ｉ ｒ ｙ ＋ Ｇａ ｕ ｓ ｓ 分 布模 型 的外 差 效率 ， 给 出 了获得 最 大外差 效 率 时
ｈｅ ｔ ｅ ｒ ｏｄｙ ｎｅ ｅ ｆ ｉｃ ｆ ｉ ｅ ｎｃ ｙ ｉ ｓ ｍｉ ｎｉ ｍ ｕｍ ， ａ ｎｄ ｗｉ ｌ ｌ ｎｏｔ ｃｈ ｎ ｇｅ ａ ａ Ｊ ０ｎｇ ｗｉ ｔ ｈ ｔ ｈｅ ｄ ｅ ｔ ｅｃ ｔ ｏｒ ｒ ａ ｄｉ ｕｓ ａ ｆ ｔ ｅ ｒ ｔ ｈｅ ｅ ｆ ｆ ｉ ｃ ｉ ｅ ｎｃ ｙ ｉ ｓ ｍａ ｘｉ ｍ ｕｍ ．
面向空间光通信湍流抑制的光场调控技术研究-概述说明以及解释
面向空间光通信湍流抑制的光场调控技术研究-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述随着信息传输的需求不断增长，空间光通信作为一种高速、高容量的通信方式受到了广泛关注。
然而，由于大气湍流的存在，空间光通信在实际应用中面临着严峻的挑战。
湍流是由于大气中的不均匀加热和不稳定的气流引起的空间内的大尺度扰动。
这些湍流对光信号的传输会引起相位畸变、强度衰减以及光束传播方向的扰动，从而导致光通信系统的性能大幅下降。
为了解决湍流对空间光通信的影响，光场调控技术应运而生。
光场调控技术通过控制光信号的相位、幅度和波前分布，能够抑制湍流带来的光学畸变，并实现稳定的光通信传输。
本文将重点研究面向湍流抑制的光场调控技术。
首先，我们将介绍光场调控技术的基本原理和方法。
然后，我们将探讨空间光通信在湍流环境下所面临的挑战，包括光束衰减、相位畸变和指向误差等问题。
最后，我们将讨论针对这些挑战的光场调控技术的优势和应用前景。
本研究的目的在于提出一种针对湍流抑制的光场调控技术，并探讨其在空间光通信领域的应用前景。
通过对光场调控技术的研究和应用，我们期望能够有效地提升空间光通信系统在湍流环境下的传输性能和稳定性，为实现高速、高容量的空间光通信提供有力支撑。
1.2文章结构1.2 文章结构本文共分为三个主要部分，分别是引言、正文和结论。
引言部分主要介绍了本文的研究背景和意义，对光场调控技术在面向空间光通信湍流抑制方面的应用进行了简要介绍，并概述了文章的结构。
正文部分将详细介绍光场调控技术的基本原理和方法，包括光场调控技术的介绍，空间光通信所面临的挑战以及湍流对光通信的影响。
在介绍光场调控技术时，将着重探讨其在湍流抑制方面的应用，包括传统调制方法、自适应光学方法等。
在讨论空间光通信的挑战时，将涵盖大气湍流、自由空间传输的信道特性等。
在探讨湍流对光通信的影响时，将重点分析湍流对信号传输过程中的信号损失、相位畸变等方面的影响。
结论部分将总结本文的主要内容，重点阐述面向湍流抑制的光场调控技术的优势和应用前景，并对未来的研究方向提出展望。
大气湍流对激光通信系统误码率影响的研究
大气湍流对激光通信系统误码率影响的研究王德飞;楚振峰;任正雷;李广东【摘要】Based on Kolmogorov and Rytov's theory model and considering the effect of turbulence intensity on the performance of free space laser communication,a modified theory model used to depict the bit errorrate(BER) in beth weak and medium turbulence conditions is obtained, the influence of turbulent intensity and wavelength on BER in communication system is also simulated. It is shown that in medium turbulence field, the influence of BER is very obvious compared with weak turbulence. The system BER increases rapidly with the increase of the propagation distanee and trends to saturation. With system's BER below 10 -9 ,the effective communication range in the weak atmosphere turbulence will be greater than that in the medium turbulence regime. Under a certain intensity of turbulence the longer the wavelength is adopted, the better the system performance is. The analytical results can be used to improve the performance of laser communication system.%基于Kolmogorov和Rytov 的大气湍流理论模型,考虑到大气湍流引起的强度闪烁对激光通信系统性能的影响,得到了用于描述强、弱湍流条件下误码率的理论模型,数值模拟了湍流强弱和激光波长对通信系统误码率的影响.结果表明:中强湍流区对信噪比的影响明显大于弱湍流区,随着传输距离的增加,系统的误码率迅速增大并最终趋于饱和;当系统误码率低于10<'-9>时,弱湍流区的有效通信距离远大于中强湍流区.同时,当湍流强度一定时,激光的波长越长对改善系误码率越有利,对工程上提高激光通信的质量具有一定的参考价值.【期刊名称】《激光与红外》【年(卷),期】2011(041)004【总页数】4页(P390-393)【关键词】激光通信;大气湍流;误码率;信噪比【作者】王德飞;楚振峰;任正雷;李广东【作者单位】中国人民解放军63889部队,河南,盂州,454750;中国人民解放军63889部队,河南,盂州,454750;中国人民解放军63889部队,河南,盂州,454750;中国人民解放军63893部队,河南,洛阳,471003【正文语种】中文【中图分类】TN911.14;TN929.12自由空间激光通信技术是以激光束为信息载体，在大气信道中进行信息传递的一种通信方式。
大气激光通信中光强闪烁及其抑制技术的研究
大气激光通信中光强闪烁及其抑制技术的研究大气激光通信中光强闪烁及其抑制技术的研究引言：随着信息技术的迅猛发展，越来越多的数据需要在广域范围内进行快速、高效的传输。
然而，传统的电磁波通信技术在长距离和高速传输方面存在一定的局限性。
相比之下，大气激光通信作为一种新兴的通信技术，具有高效、高带宽、低能耗和安全性高等诸多优势，被广泛应用于各个领域。
然而，由于大气中的非均匀性、湍流效应和气溶胶散射等原因，大气激光通信中光强闪烁成为了当前需要解决的关键问题。
本文将重点探讨大气激光通信中光强闪烁的原因及其抑制技术的研究现状和发展趋势。
一、光强闪烁的原因探究1. 大气湍流效应大气中的湍流效应是造成光强闪烁的主要原因之一。
当光波穿过气流速度不同的区域时，会形成折射率的空间脉动，导致光强的空间随机变化。
2. 气溶胶散射大气中的气溶胶散射同样会引起光强的闪烁。
气溶胶颗粒会在光波传播路径上发生散射作用，导致光强的时域和频域的空间变化。
3. 大气透明度变化大气中的透明度会随着时间的变化而波动，进而导致光强的闪烁。
这主要是由于大气中的温度、湿度和气压等因素的变化引起的。
二、光强闪烁抑制技术的研究现状针对大气激光通信中光强闪烁的问题，研究者们提出了一系列抑制技术，包括自适应光学技术、发射端及接收端处理技术等。
1. 自适应光学技术自适应光学技术是通过在传输路径上安装自适应光学元件，根据接收端接收到的光强信息对光波进行矫正的方法。
这类方法主要包括自适应光学镜和自适应光学阵列等。
2. 发射端处理技术发射端处理技术主要通过改变发送激光的参数来抑制光强闪烁。
例如，可以通过调整激光的功率、波长、脉冲宽度等参数来降低光强的变化范围。
3. 接收端处理技术接收端处理技术是通过在接收端对传输的光强信号进行处理来抑制光强闪烁。
常见的方法包括光强平均化、自适应误码率估计等。
三、光强闪烁抑制技术的发展趋势目前，光强闪烁抑制技术还存在一些挑战和局限性，如对硬件设备的要求高、抑制效果受到环境变化的干扰等。
大气湍流相位屏模拟混合方法技术
大气湍流相位屏模拟混合方法技术全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：引言大气湍流是地球大气中存在的一种不规则运动状态，其变化和影响对于光学系统的成像质量有着重要的影响。
在光学成像和通信领域，大气湍流效应被认为是一种主要的影响因素，因此研究大气湍流的相位屏模拟技术具有很高的实用价值。
在本文中，我们将介绍大气湍流相位屏模拟的混合方法技术，包括其原理、特点和应用。
一、大气湍流相位屏模拟技术的意义大气湍流对光学系统的影响主要表现在引起像差、模糊和失真等现象，严重影响了光学成像和通信的性能。
研究大气湍流相位屏模拟技术，可以帮助我们更好地理解和改善光学系统在大气湍流条件下的性能，为实际应用提供更可靠的技术支持。
二、大气湍流相位屏模拟技术的原理大气湍流的相位屏模拟是通过生成模拟大气湍流相位屏，来模拟真实大气湍流对光学系统的影响。
其原理是利用数学方法模拟大气湍流的统计特性，生成相应的随机相位屏，从而实现对大气湍流效应的模拟和研究。
在模拟过程中，需要考虑大气湍流的时空特性、波长特性等因素，以使生成的相位屏能够尽可能地接近真实的大气湍流效应。
三、大气湍流相位屏模拟技术的特点1. 多尺度性：大气湍流相位屏模拟需要考虑多种尺度的湍流结构，以使模拟结果更加真实和全面。
2. 高精度性：模拟的相位屏需要具有较高的精度和真实性，以确保研究结果的可靠性和准确性。
3. 可定制性：模拟方法需要具有一定的灵活性和可定制性，以应对不同光学系统的实际需求和特定问题的研究。
四、大气湍流相位屏模拟技术的混合方法近年来，研究人员提出了一种混合模拟方法，将数值模拟与实测数据相结合，以更好地模拟大气湍流的相位屏效应。
这种方法通过利用数值模拟预测大气湍流参数，并结合现场实测数据进行修正和优化，能够有效地提高模拟结果的真实性和可靠性。
混合方法还可以结合不同的模拟技术，如自适应光学系统模拟、自适应光学成像等，进一步提高模拟效果和适用范围。
五、大气湍流相位屏模拟技术的应用大气湍流相位屏模拟技术在光学成像和通信系统等领域具有广泛的应用价值。
激光光束在大气中的传输机理研究
激光光束在大气中的传输机理研究作为一种重要的光学工具，激光在现代科技和工业中发挥着重要作用。
而激光光束在大气中的传输机理的研究，则是涉及到激光技术应用的一个关键领域。
在大气传输中，激光光束受到许多因素的影响，如大气湍流、散射和吸收等。
本文将深入探讨这些因素对激光光束传输的影响与机理。
首先，大气湍流是激光光束传输中的主要难题之一。
湍流会导致光束的强度分布发生扭曲和衰减，从而降低激光传输的效率和质量。
目前，有许多研究方法用于模拟和理解湍流对光束的影响。
其中，数值模拟是一种常用的方法，通过数学模型对湍流流场进行计算和模拟，进而预测光束传输的效果。
此外，实验方法也被广泛应用于湍流研究中，例如通过气球和飞机等载体，在大气中进行光束传输实验，并测量湍流对光束的影响。
其次，散射是激光光束在大气中传输的另一个重要影响因素。
大气中的微尺度粒子（如烟尘、白细胞和水滴）会使光束在传输过程中发生散射，从而导致光束的发散和强度的削弱。
为了更好地理解和预测散射对光束传输的影响，研究者们提出了各种散射模型和算法。
利用这些模型和算法，研究者可以预测光束在不同大气条件下的传输距离和强度衰减，并为激光应用提供相关参数和指导。
另外，大气在不同波长的激光光束中的吸收特性也会对光束传输产生影响。
大气中的气体分子和颗粒物质会对激光光束中的能量进行吸收，从而导致光束的衰减和传输距离的限制。
为了充分利用激光技术，科研人员研究了不同波长激光在大气中的传输特性，并通过选择适合的激光波长，有效地减小了光束传输的衰减和损失。
总结而言，激光光束在大气中的传输机理研究是一个复杂而又关键的领域。
湍流、散射和吸收等因素的影响，使得激光在大气中传输的过程十分复杂且不可忽视。
因此，对这些因素的深入研究和理解，对于激光技术的发展和应用具有重要意义。
未来，我们可以继续探索新的理论和实验方法，以更好地解决激光光束在大气中的传输难题，并推动激光技术在各个领域的进一步应用与发展。
自由空间光通信技术的研究现状和发展方向综述
自由空间光通信技术的研究现状和发展方向综述一、概括自由空间光通信技术，作为现代通信领域的一项前沿技术，以其高带宽、低成本、抗电磁干扰等独特优势，在军事、航天、城域网等多个领域展现出广阔的应用前景。
随着光电器件性能的不断提升以及光通信理论的深入发展，自由空间光通信技术取得了显著的研究进展。
本文旨在综述自由空间光通信技术的研究现状，分析其关键技术问题，并探讨未来的发展方向。
在研究现状方面，自由空间光通信技术已经实现了从理论探索到实际应用的重要跨越。
光发射与接收技术、光束控制技术、信道编码与调制技术等关键技术不断取得突破，使得自由空间光通信系统的性能得到了显著提升。
随着光网络的不断发展，自由空间光通信技术在组网技术、协议设计等方面也取得了重要进展。
自由空间光通信技术仍面临一些挑战和问题。
大气衰减、散射、湍流等环境因素对光信号传输的影响；光束对准、跟踪与捕获技术的实现难度；以及光通信系统的安全性、可靠性等问题。
这些问题的解决需要进一步深入研究相关技术，并推动技术创新和产业升级。
自由空间光通信技术将继续向高速度、大容量、智能化等方向发展。
通过研发更高效的光电器件、优化光通信算法，提升系统的传输速度和容量；另一方面，借助人工智能、大数据等技术手段，实现光通信系统的智能化管理和运维。
随着5G、物联网等新一代信息技术的快速发展，自由空间光通信技术将与这些技术深度融合，共同推动通信领域的创新发展。
1. 自由空间光通信技术的定义与特点自由空间光通信（Free Space Optical Communications），又称自由空间光学通讯，是一种利用光波作为信息载体，在真空或大气中传递信息的通信技术。
其核心技术在于以激光光波作为载波，通过空气这一传输介质，实现设备间的宽带数据、语音和视频传输。
自由空间光通信技术不仅继承了光纤通信与微波通信的优势，如大容量、高速传输等特性，更在铺设成本、机动灵活性以及环境适应性方面表现出显著优势。
基于大气湍流的光学成像系统性能研究
基于大气湍流的光学成像系统性能研究随着科技的不断进步，光学成像系统在现代生活中的应用越来越广泛。
然而，由于大气湍流对光传输的影响，光学成像系统的性能往往会受到限制。
因此，人们对于基于大气湍流的光学成像系统性能进行研究成为了一个热门的课题。
大气湍流是指大气中因温度、压力和湿度等参数的不均匀性所引起的气流的不规则运动。
这种运动往往会导致光的传输受到湍流涡旋的扰动，使光的传输路径发生弯曲、偏移和增加相位差等现象，从而影响光学成像系统的成像质量。
为了研究基于大气湍流的光学成像系统性能，科学家们采取了多种手段和方法。
其中，一种常用的方法是通过数值模拟进行研究。
科学家们根据湍流的运动特性，建立了合适的数学模型，利用计算机进行模拟计算，得到了光学传输路径的扰动情况，从而研究光学成像系统的成像质量。
这种方法具有灵活性强、成本低等优点，可以帮助科学家们更好地理解大气湍流对光学系统的影响。
另一种常用的方法是通过实验研究。
科学家们利用气象球、激光测风仪等仪器设备，对大气湍流进行实时监测和测量。
通过这些实验数据，科学家们可以获得大气湍流的运动特性和变化规律，进而研究光学传输路径的扰动情况。
这种方法具有直观性强、可靠性高等优点，可以为实际应用提供可靠的数据支持。
基于大气湍流的光学成像系统性能研究不仅仅可以帮助科学家们更好地了解大气湍流对光学系统的影响，还对于提高光学成像系统的成像质量具有重要意义。
在军事、遥感、天文等领域，光学成像系统常常需要在复杂的大气湍流环境中工作。
如果能够深入研究大气湍流对光学系统的影响，并根据研究结果进行系统优化和改进，就可以显著提高光学成像系统的成像精度和稳定性。
值得注意的是，基于大气湍流的光学成像系统性能研究还面临一些挑战和难题。
首先，湍流现象十分复杂，涉及的参数和变量众多，研究难度较大。
此外，湍流的运动特性和变化规律也存在一定的不确定性，对于系统性能的研究提出了一定的挑战。
因此，科学家们仍然需要继续努力，开展更深入、更广泛的研究，为基于大气湍流的光学成像系统性能提升提供更为有效的解决方案。
大气湍流对激光通信系统误码率影响的研究
中图分 类号 ：Ｎ １ ．４ Ｔ ９ ９ １ Ｔ ９ １ １ ；Ｎ ２ ｏ ｔ ｏ ｐ ｅ ｉ ｕ ｂ ｌ ｎ ｅ ｏ ｎ ｌ ｅ ｃ ｆ ａ ｍ ｓ ｈ ｒｃ ｔ ｒ ｕ ｅ ｃ ｎ ＢＥＲ ｏ ａ ｅ ｏ ｍ ｕｎ ｃ ｔｏ ｙ ｔ ｍ ｆｌ ｓ ｒ ｃ ｍ ｉａ ｉ ｎ ｓ ｓ ｅ
Ｗ ＡＮＧ ．ｅ 。 ＣＨＵ ｈ ｎ．ｅ ｇ ＲＥＮ ｈｅ ｇ １ｉ Ｌ Ｄｅ ｆ ｉ Ｚ ｅ ｆｎ 。 Ｚ ｎ ．ｅ ， Ｉ Ｇｕａ ｇ ｄ ｎｇ ｎ —ｏ
，
，
（ ． ｏ６ ８ ９Ｕ ｉｏ ｅＰ Ａ， ｎ ｚｏ ５７ ０ Ｃ ｉ ；． ｏ６ ８３Ｕ ｉｏ ｔｅＰ Ａ， ｕＹ ｎ ７ ０ ３ Ｃ ｉａ １Ｎ ．３ ８ ｎｔ ｆｈ Ｌ Ｍｅｇｈｕ４ ４ ５ ， ｈｎ ２ Ｎ ．３ ９ ｎｔ ｆ ｈ Ｌ Ｌ ｏ ａｇ １０ ，ｈｎ ） ｔ ａ ４
摘
要 ： 于 Ｋ ｌ ｇｒｖ和 Ｒ ｔ 基 ｏ ｍｏｏｏ ｙｏ ｖ的大 气湍 流理论 模 型 ， 考虑 到大 气湍 流 引起 的强度 闪烁 对 激
光通 信 系统 性 能 的影响 ， 到 了用 于 描述 强 、 得 弱湍 流 条件 下误 码 率 的 理论 模 型 ， 值 模 拟 了湍 数 流 强 弱和激 光波 长 对通信 系统误 码 率 的影响 。结 果 表 明： 中强 湍流 区对 信 噪 比的 影 响 明显 大
第４ １卷 第 ４期
２１ ０ １年 ４月
激 光 与 红 外
Ｉ ＥＲ ＆ Ｉ Ｆ ＡＳ Ｎ ＲＡＲＥ Ｄ
Ｖｏ ｜ ｌ４１． Ｎｏ． ４
Ａｐ ｌ２ １ ｉ ｒ ，０ １
文章编号 ： ０ － ７ （０ １０－ ９－ １ １ ０８ ２ １）４ ３０ ４ ０ ５ ０ ０
大气湍流对激光信号影响的数值模拟
大气湍流对激光信号影响的数值模拟朱耀麟;宋苗【摘要】为了分析大气湍流对传输在其中的激光信号的影响,依据随机信号与随机过程的相关理论,推导出无线激光通信系统的信噪比(SNR)、误码率(BER)的计算公式,探讨闪烁指数、大气结构常数以及激光波长对信噪比、误码率的影响,并且对信噪比和误码率在不同大气结构常数、不同激光波长下随传输距离的变化进行了数值模拟.结果表明:弱起伏条件下,闪烁指数的增大会导致通信质量的降低;大气湍流对激光通信系统的信噪比和误码率都有显著影响,对比不同激光波长对系统的影响发现,选用长波长激光信号可以增加信号传输的有效距离,抑制系统误码率的增长,改善无线激光通信系统的通信质量.【期刊名称】《激光与红外》【年(卷),期】2013(043)011【总页数】5页(P1268-1272)【关键词】无线激光通信;大气湍流;闪烁指数;信噪比;误码率【作者】朱耀麟;宋苗【作者单位】西安工程大学电子信息学院,陕西西安710048;西安理工大学自动化与信息工程学院,陕西西安710048;西安工程大学电子信息学院,陕西西安710048【正文语种】中文【中图分类】TN929.12无线激光通信作为光通信技术的一种重要通信方式，是以激光光波作为载波，大气作为传输介质的通信系统。
激光在大气中传输时由于受到大气湍流的影响，激光束的波前发生随机起伏，产生光强闪烁，光束扩展、弯曲以及光斑漂移等大气湍流效应［1－2］，导致通信激光光束质量的下降，严重影响了激光通信系统的稳定性和可靠性，造成通信质量的下降，阻碍了无线激光通信的实际应用。
关于大气湍流对激光通信影响［3－4］的研究之前大多集中于讨论大气闪烁变化情况对激光传输的影响，研究数据也都集中于讨论光强起伏的分布情况，关于闪烁指数、大气结构常数和激光波长对系统信噪比和误码率影响的研究不多，为了更明确了解大气湍流效应对传输在其中的激光信号质量的影响，本文通过对信噪比和误码率这两个衡量通信系统质量的重要参量进行数值模拟，研究两个参量受大气湍流影响的变化，分析了光信号在湍流中传输时所受到的影响，探索了影响通信质量的因素，从而为提高激光通信系统的通信质量提供理论依据。
大气可见光通信技术研究
大气可见光通信技术研究随着科技的不断发展，人们对于通信技术的需求也不断提高。
传统的通信技术，如蜂窝网络和卫星通信，已经无法满足人们对高速、稳定和安全通信的需求。
因此，研究者们开始不断探索新的通信技术，其中一项备受关注的技术就是大气可见光通信。
大气可见光通信技术是利用可见光通过大气来进行通信的一种方法。
与传统的通信方式相比，可见光通信具有诸多优势。
首先，可见光无需频谱资源，因为它利用的是大气中的光波传输信息。
其次，可见光通信速率非常高，甚至可以达到每秒几千兆比特的传输速度。
此外，可见光通信也不受电磁干扰和竞争问题的影响，因为光波在大气中传播，不存在信道拥塞的问题。
为了实现大气可见光通信，研究者们面临着许多挑战。
其中一个主要的挑战是大气传输中的光强衰减问题。
大气中存在各种干扰因素，如湍流、雾霾和降水等，这些因素对光传输造成了阻碍。
因此，研究者们需要设计出一种能够有效克服这些干扰因素的技术。
目前，他们已经提出了许多解决方案，如自适应光通信系统和中继中心等，以提高传输质量和稳定性。
除了光强衰减问题，大气可见光通信还面临着其他技术挑战。
例如，如何提高通信系统的安全性和可靠性是一个重要的问题。
在传输过程中，光信号可能会受到窃听和攻击的威胁，因此，研究者们需要开发出一种安全的加密算法和防御系统，以保护通信的安全。
另外，大气可见光通信还需要考虑到移动性的问题，如何在高速运动的情况下实现稳定的通信是一个具有挑战性的研究方向。
尽管大气可见光通信面临着诸多挑战，但是它的应用前景非常广阔。
大气可见光通信可以被广泛应用于无线网络、智能交通、无人机通信和军事通信等领域。
例如，在无线网络领域，可见光通信可以用于室内覆盖或高密度区域，以分担无线电频谱资源。
而在军事通信领域，可见光通信可以提供一种无干扰和高速率的通信方式，以满足战场上的需求。
综上所述，大气可见光通信技术是一项富有挑战性且前景广阔的研究领域。
虽然目前仍存在许多技术难题需要攻克，但是研究者们相信通过不断努力和创新，大气可见光通信将成为未来通信领域的重要技术之一。
激光大气传输湍流扰动仿真技术
激光大气传输湍流扰动仿真技术李波;王挺峰;王弟男;田玉珍;安雪晶【摘要】为了研究激光大气传输时湍流效应对激光应用技术的影响,对湍流扰动的仿真进行了分析。
介绍了在实验室内进行激光大气传输湍流扰动研究的数值仿真技术和仿真系统。
阐述了快速傅里叶变换（FFT）和Zernike多项式两种湍流扰动数值仿真方法,并且对比了两种方法的优劣。
利用物理相位屏搭建了实物湍流仿真系统,介绍了其理论模型并进行了仿真实验,对激光经湍流系统传输后的光强能量分布进行了研究分析。
结果显示,室内湍流仿真系统能够准确地模拟弱起伏条件下湍流对激光传输的影响。
%To investigate the influence of turbulence on the laser propagation through atmosphere,the simulation technology of the turbulence was analyzed.The numerical simulation technology for the turbulence on laser propagation in laboratory was introduced and turbulence simulation systems were also discussed.A detailed description and the comparison for Fast Fourier Transform（FFT） and Zernike polynomial methods of numerical simulation were offered and a turbulence simulation system was established by a static phase screen.The theoretical model and the simulation experiment were also performed,then energy intensity distribution of laser propagating in the tarbulence simulation system were studied.The results show that the system can simulate the weak fluctuation turbulence accuretely.【期刊名称】《中国光学》【年(卷),期】2012(005)003【总页数】7页(P289-295)【关键词】激光传输;湍流扰动;随机相位仿真;随机相位屏【作者】李波;王挺峰;王弟男;田玉珍;安雪晶【作者单位】海军驻长春地区航空军事代表室,吉林长春130033;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所激光与物质相互作用国家重点实验室,吉林长春130033;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所激光与物质相互作用国家重点实验室,吉林长春130033;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所激光与物质相互作用国家重点实验室,吉林长春130033／中国科学院研究生院,北京100039;辽宁机电职业技术学院信息工程系,辽宁丹东118009【正文语种】中文【中图分类】TN241;TP391.91 引言近十几年来，激光通信技术，激光主动照明成像技术以及自适应光学技术的发展促进了学者对激光大气传输研究的更多关注。
星地光通信链路大气湍流衰落特性研究
星地光通信链路大气湍流衰落特性研究姜晓峰;赵尚弘;赵宇波;侯睿;王翔【摘要】The fade statistics of satellite-to-ground laser link is modeled for the gamma-gamma distribution of the irra-diance scintillation subjected to atmospheric turbulence. Probability of fade,mean fade number and mean fade time's statistical characteristic is researched. The analysis is done with different zenith angle. The result of research shows: both decreasing zenith angle and increasing detection sensitivity of receiver can reduce probability of fade and mean fade number evidently,but only shorten a little of mean fade time,and the mean fade time of satellite-to-ground laser link is on the order of milliseconds.%针对大气湍流中gamma-gamma 分布的光强起伏,建立了星地光链路的衰落统计模型,研究了不同天顶角星地光通信链路的衰落概率、平均衰落次数及平均衰落时间等关键参数的统计特性.结果表明:减小天顶角和提高接收端探测灵敏度均可以极大的减少衰落概率和平均衰落次数,而不能显著缩短平均衰落时间,星地光链路的平均衰落时间为毫秒量级.【期刊名称】《激光与红外》【年(卷),期】2011(041)009【总页数】4页(P965-968)【关键词】大气湍流;星地光通信;衰落;天顶角;探测灵敏度【作者】姜晓峰;赵尚弘;赵宇波;侯睿;王翔【作者单位】空军工程大学电讯工程学院,陕西西安710077;空军工程大学电讯工程学院,陕西西安710077;空军工程大学电讯工程学院,陕西西安710077;空军工程大学电讯工程学院,陕西西安710077;空军工程大学电讯工程学院,陕西西安710077【正文语种】中文【中图分类】TN929.13星地光通信是以激光为载体，空间和大气为传输介质的通信方式，具有速率高、容量大、体积小、质量轻、保密性好等优点［1-2］，在未来民用和军用领域都具有广泛的应用前景。
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第 30 卷第 6 期 2 0 09年6月
兵 工 学 报 A CT A AR MA M EN T ARI I
Vol. 30 N o. 6 Jun. 2009
大气光通信中大气湍流影响抑制技术研究进展
陈纯毅 , 杨华民, 姜会林, 冯欣, 王辉
( 长春理工大学 光电测控与光信息传输技术教育部重点实验室, 吉林 长春 130022)
无限制地增大 , 但其计算结果只在 R2 l < 013 范围内 有效 , 通常将此范围称为弱湍 流区。 Ryt ov 方差计 算结果虽然只适用于弱湍流区, 但是却作为湍流强 弱的某种标志而大量地出现在各种文献之中 , 而且
2 在弱湍流区 , 有 R2 I U Rl . 对于强湍流区中闪烁指数
的求解 , 分别有 Andrew s - Prokhorov 和 Churnside 渐 [ 6] 进分析模型 , 这两种渐进分析模型都建立在 Ryt ov 方差基础之上, 二者都考虑了闪烁饱和问题。最近, Andrew s 等 [ 2 ] 又在大尺度起伏调制小尺度起伏思想 的基础上 , 提出了适用于从弱至强湍流区的闪烁指 数计算模型
Abstract: At mospheric t urbulence causes t he increases of bit - error - rat e ( BER) in atmospheric opt ical communicat ion links. Mit igat ion technolog ies of turbulence eff ect s can be used to improve the perf or mance and enhance t he data - rate and communication distance of opt ical communicat ion. T he lat est mechanism researches of t urbulence eff ects on opt ical communicat ion were brief ly summarized, and t he v arious influences of turbulences on that w ere described, such as int ensit y scintillat ion, beam w ander, ang le - of arrival f luctuat ion, phase f luct uat ion, beam spreading , etc. T he development of m it igat ion technologies of turbulence eff ect s w as summarized. Based on diff erent principles, various m it igat ion technologies were described in det ail, such as large apert ure receiver, diversity, part ially - coherent beam propag at ion, temporal domain processing & t hreshold opt imizat ion, adapt ive opt ics, et c. Focusing on their principles and im pact s, various m it ig at ion technologies w ere analyzed and discussed. L astly, the fut ure research directions w ere g iven. Key words: communication; opt ical communicat ion; large apert ure; diversit y; part ially coherent beam; tem poral domain processing; adapt ive opt ics
第6期
大气光通信中大气湍流影响抑制技术研究进展
781
23X 4) , 其中 I 0 为真空传输时的接收光强 , X 为光 波的对数振幅。光在大气湍流中传输时, X 是一个 均值为3X 4、 方差为 R2 l.
2 RX
的聚焦光斑产生抖动, 即聚焦光斑会脱靶。这可等 效为收、 发光端机视轴之间产生的随机对准误差 , 其 会影响接收机对通信光信号的接收。到达角定义为 B= $l / D , $l 为光程差 , D 为接收望远镜口径 对 于 平 面 波 传 播, 到 达 角 起 伏 方 差
摘要: 大气湍流导致大气光通信链路的误码率上升。 湍流影响抑制技术的研究成果有利于提 升大气光通信的性能 , 提高链路的通信速率及距离。 首先总结了大气湍流对光通信影响机理的最 新研究成果 , 指出了不同大气湍流效应对光通信的影响形式 , 其中包括光强闪烁 、 光束漂移、 到达角 起伏 、 相位起伏 、 光束扩展等。 综述了大气湍流影响抑制技术的研究动态和新进展 , 并根据抑制技 术原理的不同, 详细地论述了大孔径接收 、 分集、 部分相干光传输、 时域处理与阈值优化、 自适应光 学等技术。 从抑制原理和效果出发 , 对各种大气湍流影响抑制技术进行了分析和讨论, 最后简述了 进一步开展工作的方向。 关键词 : 通信技术 ; 光通信 ; 大孔径 ; 分集 ; 部分相干光 ; 时域处理; 自适应光学 中图分类号 : T N9291 12 文献标志码: A 文章编号: 1000 - 1093( 2009) 06 - 0779 - 13
L
11 / 6
,
( 2)
为大气折射率结构常数; k = 2P/ K为光波
波数; L 为激光发射器与接收器之间的距离。上式 考虑的是水平传输情形 , 其假设 C 2 n 为常数, 对于空 地斜程 传输 , 则需 要在 传输 路径 上对 C 2 n 进 行积 分[ 35]
。虽然( 2) 式暗示了随着 L 的增加, R2 l 可以
[ 1]
式中:
R2 x
和
R2 y
分别为正规化的大尺度起伏方差和
小尺度起伏方差, R2 x 主要源于大尺度涡旋的散射效 应 , R2 y 主要源于小尺度涡旋的衍射效应。 Andrew s 闪烁指数计算模型使得在分析大气湍流引起的光强 闪烁时, 对于从弱至强的整个湍流区有了统一的计 算模型 , 方便了问题的求解。 忽略码间串扰 , 对于 OOK 调制, 接收机只在传 输/ 10 码时收到光信号, 接收光强 I r = I 0 exp ( 2 X -
780
兵
工
学
ห้องสมุดไป่ตู้
报
第 30 卷
0
引言
或在接收面上的投影位置发生随机漂移 , 即光束漂 移 , 结果可能会导致激光光斑脱离接收机视场, 造成 通信链路的突发性中断 ( 约为 ms 量级 ) ; 当 d / l U 1 时 , 光束截面将发生随机偏转, 形成到达角起伏, 引 起焦平面上的像点抖动 ; 当 d/ l m 1 时 , 光束截面内 将包含许多涡旋, 引起激光光强起伏、 相位起伏、 光 束扩展等效应。上述影响的总结果是导致通信系统 误码率提高 , 信道容量下降。 11 1 光强闪烁及其概率分布 大气湍流导致激光辐照度起伏 , 使得入射到探 测器上的光信号强度忽高忽低, 影响接收机的阈值 判决。激光在湍流大气中传输时, 辐照度起伏的理 论和实验研究焦点主要是闪烁指数 R2 I
收稿日期 : 2008- 07- 22 基金项目 : 国家自然科学基金( 60677009) 资助项目 ; 吉林省自然科学基金项目 ( 20070527) ; 吉林省教育厅/ 十一五0 项目 ( 2007294) 作者简介 : 陈纯毅 ( 1981 ) ) , 男, 博士研究生。 E -mail: chenchunyi@ hotmail . com; 杨华民 ( 1963 ) ) , 男, 教授 , 博士生导师
( Key L aboratory o f M inistry of Education for P hotoelectr ic M easur ing & Control and O ptical Info rmat ion T r ansfer T echnology, Chang chun U niv ersity of Science and T echnolo gy, Changchun 130022, Jilin, China)
( 1)
式中 : I 为光强, 3 #4表示系综平均。当 F resnel 距离 (K L ) 1/ 2 m l 0 时, 平面波的对数光强起伏方差 ( 也叫
[ 2] 作 Ry tov 方差) R2 l 为
Rl = 3ln I - 3ln I 4) 4= 11 23 C n k 式中:
2 Cn
2
2
2 7/ 6
Research Progress of Mitigation Technologies of Turbulence Effects in Atmospheric Optical Communication
CHEN Chun - yi, YANG H ua - min, JIANG Hui lin, FENG Xin, WANG Hui
2 2 R2 I = 3I 4/ 3I 4 - 1,
自由空间光通信 ( F ree - Space Opt ical Communi cat ion, F SOC) 作为一种新型的宽带无线通信技术 , 因拥有许多无可比拟的优点而备受关注, 与光纤通 信相比, 无需铺设光缆, 价格便宜、 建设周期短 , 且频 带可以达到光纤通信的水平; 与微波通信比, 它同样 有优势 , 频带比微波高 3~ 4 个数量级, 而且无需进 行频率申请。同时 FSOC 设备具有组网机动灵活、 无电磁干扰、 通信保密性好、 性能价格比优、 室内外 设备安装方便等一系列优点, 因而有着广阔的应用 前景。目前 , FSOC 已成为发达国家宽带通 信的关 键技术 , 美国在政府花巨资开展该领域应用基础研 究之后, AT & T 、 Cisco 和 Nortel 已投入数十亿美金 研发该类技术和产品。 当 F SOC 链路经过地球大气层时, 激光信号的 传输不可避免地要受到大气环境的影响, 所以通常 也把大气环境中的 FSOC 叫做大气光通信。虽然大 气光通信相比于传统的无线通信技术有许多优点 , 但是大气对光信号传输的影响成为大气光通信普及 的一大障碍。由大气运动形成的大气湍流引起大气 光学折射率出现随机起伏, 造成在其中传播的激光 出现光强闪烁、 光束漂移、 到达角起伏、 相位起伏、 光 束扩展等现象, 使得接收光信号受到严重干扰 , 通信 误码率上升, 甚至出现短时间通信中断 , 严重影响了 大气光通信的稳定性和可靠性。所以, 大气湍流影 响抑制技术引起了国内外学者的广泛关注, 已成为 大气光通信研究中的一个难点和热点。 本文将介绍激光大气湍流传输机理及其对大气 光通信的影响, 讨论大气湍流影响抑制技术的原理 及实现途径 , 并综述近年来大气湍流影响抑制技术 的研究动态和新进展, 最后讨论未来需要开展的研 究工作。