多种光束在非柯尔莫哥洛夫湍流中传输特性及BER分析

摘要

随着我们对激光的深入研究,激光的应用范围也逐渐宽广。激光在大气中传播时大气中的湍流效应会对激光光束产生影响,这其中就包括大气湍流引起的闪烁效应。闪烁效应会对大气激光通信的稳定度和可靠性产生影响,使其在传递信息时的误码率产生变化。所以研究湍流产生的闪烁效应和误码率有着非常重要的意义。
　　本文介绍了大气湍流的基本形成及其统计特性,并将Non-Kolmogorov湍流谱、海面湍流谱作为主要的内容。首先,分析了Non-Kolmogorov湍流对高斯光束、平顶光束和环形光束的闪烁效应并对其理论解析计算,讨论了光束束腰半径、光束阶数、光源尺寸、波长、光谱指数及传输距离与闪烁指数及误码率间的关系。其次,分析并计算了海面湍流对平顶光束、环形光束的闪烁指数,讨论了光束阶数及光源尺寸对闪烁指数和误码率的影响。研究了仅由大气湍流引起的信噪比之下几种调制对误码率的影响。最后,介绍了几种减小闪烁和误码率的方法。结果表明:Non-Kolmogorov弱湍流下闪烁指数都是先随光谱指数增大而增大达到峰值后随光谱指数增加而减小;高斯光束闪烁随光束束腰增加而减小;对平顶光束闪烁随其阶数增大而减小,随源尺寸增大而减小,随波长增大而减小;对环形光束闪烁指数与两个源尺寸的比例有关;海面湍流下的闪烁指数比起形式类似的陆地湍流情况下的闪烁指数要稍小一些,但基本的变化规律与陆地情况基本一致;误码率随闪烁增大而增大。利用平顶光束、环形光束的这些特性可以有效地减少闪烁进而减少误码率,达到优化大气无线激光通信的作用;采用PPM调制可以有效地降低误码率提高激光通信系统的性能。
　　本文对大气激光通信系统的发展具有重要意义。

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第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究发展动态

1.3 本文主要研究内容

第二章 激光传播的湍流效应

2.1 湍流统计中的谱模型

2.2 Non-Kolmogorov湍流谱

2.3 海面大气湍流谱

2.4 高斯光束闪烁指数

2.5 本章小结

第三章 大气湍流引起的闪烁指数

3.1 大气湍流中高斯光束的闪烁效应

3.2 大气湍流中平顶光束的闪烁效应

3.3 大气湍流中环形顶光束的闪烁效应

3.4 海面大气湍流谱下的闪烁指数

3.5 本章小结

第四章 大气湍流闪烁效应对误码率的影响

4.1 大气湍流引起的信噪比

4.2 闪烁效应引起的误码率

4.3 闪烁效应引起的平均容量

4.4 数值计算与分析

4.5 本章小结

第五章 改善闪烁和误码率的方法

5.1 部分相干因子对闪烁的改善

5.2 孔径平均对闪烁改善

5.3 几种调制方法对误码率改善的比较

5.4 多孔径发射技术

5.5 MIMO多输入多输出技术

5.6 本章小结

结束语

参考文献

致谢

硕士期间研究成果