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大气激光通信中的多光束发射和接收技术研究

马东堂  
【摘要】:本文主要研究了大气激光通信中的多光束发射和接收技术。全文共分六章,主要研究内容和贡献如下: 1.阐述了大气激光通信中的多光束发射和接收技术及其研究现状。 2.综述了大气湍流信道下激光传输的弱起伏理论和强起伏理论。研究了激光在大气湍流中传输的光强起伏效应,分析了光强起伏对激光通信系统性能的影响。采用二维时变随机相屏法,对多光束的大气传输性能进行了数值模拟,得到了多光束远场接收光强的统计分布曲线。针对一种典型的多光束发射系统结构,建立了一个基于激光通信系统参数的多光束大气传输信道模型。 3.研究了湍流信道下的空时编码和分集技术,分析了在强度调制/直接检测的大气激光通信中运用空时编码的可行性,提出了一个新的大气激光通信空时编码发射分集方案,并对该编、译码方案进行了数值仿真和误码分析。仿真结果表明,与无编码无分集的系统相比可获得约6dB(误码率为10~(-4))的信噪比增益。从中断概率的概念出发,采用统计分析的方法得到了不同合并方式下的分集系统性能。研究了湍流信道下多光束大气激光通信系统的信道容量,得到了高信噪比和低信噪比的极限条件下多光束信道容量的表达式。 4.研究了多光束信号的时域检测技术,分析了最大似然逐符号检测、最大似然序列检测和引导符号辅助检测等技术在大气激光通信中的适用性,引入了单步Markov链模型和PSP方法减小最大似然序列检测实现复杂度,验证了引导符号辅助最大似然检测和引导符号辅助可变门限检测对于减弱湍流导致的光强起伏效应的有效性。研究了小波变换在多光束信号检测中的应用,提出了一种可变门限的小波系数处理算法,验证了基于小波变换的雪崩光电二极管信号检测算法的可行性。 5.研究了多光束发射和接收系统设计中的若干问题。计算了激光在大气中的吸收和散射透过率。给出了多光束发射和接收系统中光学天线的参数设计方法。运用热分析软件FLUENT对激光器的温度场进行了数值仿真,得到了系统终端温度场的分布曲线。分析了光电检测器的选择方法和光束接收视场角的计算方法,探讨了多光束发射和接收系统的捕获、跟踪和瞄准系统结构和瞄准误差等问题。 本文建立了一套比较完整的关于多光束发射和接收技术的理论,对于多光束大气激光通信系统的设计具有重要的指导意义和参考价值。


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