近红外光大气散射通信关键技术的研究

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激光通信满足了人们对大数据率通信的要求,然而激光在大气介质的通信过程中会产生散射作用,而散射光也携带着重要的信息。由于紫外光散射作用明显,并且相应探测器的迅速发展,使得紫外光散射光通信发展迅速。由于激光通信中常用红外光或近红外光进行通信,如果能够实现近红外光波长的大气散射光通信,便可以利用散射光通信来实现军事等方面的应用。因此,有必要进行近红外光的大气散射光通信的研究。首先,以大气光学中的散射及吸收基本理论为基础,并利用单次散射理论模型,进行近红外光大气散射光通信中系统链路的理论传输模型建立。该模型中阐述了散射和吸收作用的影响,散射相函数在散射过程中的作用。在引入椭球坐标系下,研究了各物理参数对于整个系统影响的理论模型。详细阐明了影响接收功率值的几何和系统结构参数的理论模型关系。其次,在理论模型的建立基础之上,重点研究了各几何参数对于接收功率值和路径损耗的影响。通过仿真结果,可以得到选择近红外光波长进行通信较好。在近红外光波段下,距离越小,接收孔径值越大,在给出的最佳收发仰角值下接收功率值就越大。同时发射半角和接收半角的值越大接收功率的值越大,进而关于各参数对于路径损耗的影响也进行了详细的讨论。最后,基于单次散射理论模型,得出系统对于最小脉冲间隔的理论要求,并给出几何条件下的最大通信数据率和通信距离关系,并以此为基础,在给定探测器的情况下,讨论了通信数据率、通信距离、收发仰角和收发半角对于发射功率要求的理论模型,并给出了仿真结果及分析。结合开关键(OOK)调制方式,根据通信速率得出误码率的理论结果及分析,并给出系统概略试验设计方案。经过理论上的研究,将为后续近红外光散射通信实验提供理论依据,具有重要指导意义。
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