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近地无线激光通信系统电学部分的研究及实验

高卿  
【摘要】: 近地无线激光通信是指利用激光作为载波在近地空间进行语音、数据、图像信息传输的无线通信方式,又称“自由空间激光通信”(Free Space Optical Communication)。该项技术具备抗干扰能力强;安全性好;设备体积小、重量轻;频谱不受管制等突出优点,是目前中短距宽带应用的新兴解决方案。本课题针对目前国内外FSO系统的研究现状,力求设计并完成一套低成本、高带宽的FSO通信端机,而本文的主要任务是根据课题对FSO系统的要求,分析各个子系统的核心器件,并根据器件的电气特性完成该FSO的电学部分。 本课题的无线激光通信系统主要由一套收发端机组成。单个端机主要由光学系统,信号收发系统以及对准、捕获和跟踪系统组成。其中光学系统用来实现端机信号的空间传输,包括发射天线和接收天线两个部分。发射端机采用了新型的半导体垂直腔面激光器VCSEL作为信号发射装置,选用了相应的驱动芯片并设计完成VCSEL驱动电路,完善的电路设计还可以实现芯片对激光器发射功率的监控和调整以及适当的温度补偿。接收部分则采用了高增益的雪崩二极管APD作为微弱激光信号的接收器件,文章分析了APD的最佳倍增增益,并针对APD设计和完善了温度监测和反向电压偏置电路。 针对FSO系统普遍存在的精确对准和保持困难等问题,本文在详细分析了预对准、粗调、精调和跟踪的实现方法后,设计了PAT子系统的实现方案。该系统采用了位置敏感探测器PSD作为位置误差信息的获取装置,并采用了高反应速度、高分辨率的快速倾斜镜实时调整出射光束以重新对准链路,连续传输信息。 另外,本文还完成了对FSO系统各部分的理论分析和对FSO系统的评价方法,包括系统功率估算函数、链路功率冗余函数,以及大气衰减指数函数。论文的最后说明了课题完成过程中对部分光学系统和电路系统的调试过程和调试结果,实验论证了该FSO系统的可行性。


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