【摘要】：垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)是微型半導體激光器的典型代表,具有低閾值電流、單縱模輸出、圓形光束輸出而容易與光纖耦合、容易集成形成激光陣列或激光網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點。此外,在一定條件下,它還可以產(chǎn)生兩個相互正交的大帶寬混沌偏振模。利用這些獨特的優(yōu)勢,VCSEL網(wǎng)絡(luò)的混沌同步能推廣到許多領(lǐng)域,例如混沌保密通信、高速和大帶寬的隨機碼的產(chǎn)生、光混沌信號邏輯計算等。特別是,VCSEL網(wǎng)絡(luò)中的同步混沌雷達為多目標測距提供了潛在的應用。然而,對于VCSEL網(wǎng)絡(luò),由于拓撲結(jié)構(gòu)的多樣性,網(wǎng)絡(luò)中存在不同的耦合延遲時間,以及VCSEL具有復雜的非線性動力學行為和特有的偏振轉(zhuǎn)換特性,VCSEL網(wǎng)絡(luò)的混沌同步機制及其在多目標混沌雷達測距中應用的關(guān)鍵技術(shù)有待深入探討。因此,本文的創(chuàng)新性內(nèi)容如下:(1)對于不同的具有相同時間延遲耦合的三節(jié)點VCSEL網(wǎng)絡(luò),利用主穩(wěn)態(tài)函數(shù)(MSF)提出了一個新的所有節(jié)點激光器之間達到全局完全混沌同步(GCCS)的判定方法。這里,通過計算最大李雅普諾夫指數(shù)(MLE),MSF被獲得,其中MLE是常行和(外部耦合矩陣每一行的和是相等的常數(shù),簡稱常行和)與外部耦合矩陣的特征值的函數(shù),它是從修訂的主穩(wěn)態(tài)方程中計算出來的。值得注意的是網(wǎng)絡(luò)中的外部耦合矩陣每一行的和是相等的常數(shù)(非耗散耦合),內(nèi)部耦合函數(shù)是自身節(jié)點與延遲的連接節(jié)點的函數(shù)。結(jié)果發(fā)現(xiàn),當由常行和與兩個橫斷特征值所確定的兩點在穩(wěn)定性區(qū)域內(nèi)(MLE為負),并且由常行和與特征值(與同步流形內(nèi)的擾動有關(guān))所確定的MLE是正的,那么這個任意給定的三節(jié)點VCSEL網(wǎng)絡(luò)能夠達到GCCS。該判定方法可以推廣到多節(jié)點VCSEL網(wǎng)絡(luò)中�；诶碚撆卸ê屯秸`差理論,進一步探索了具有環(huán)形拓撲結(jié)構(gòu)和總線拓撲結(jié)構(gòu)的三節(jié)點VCSEL網(wǎng)絡(luò)的同步性質(zhì)。結(jié)果顯示,理論判定和模擬結(jié)果完全吻合,這表明理論判定是有效可行的。并且,針對環(huán)形拓撲結(jié)構(gòu)的VCSEL網(wǎng)絡(luò),探討了關(guān)鍵參數(shù)對GCCS質(zhì)量的影響,討論了完全同步質(zhì)量對常行和失配的魯棒性。該工作內(nèi)容見本文第三章。(2)基于三節(jié)點VCSEL網(wǎng)絡(luò),提出了一個新穎的六方位目標實時測距方案。在該方案中,探索了一種方法來實現(xiàn)具有不同信道延遲的網(wǎng)絡(luò)的GCCS。在GCCS下,基于希爾伯特變換理論,利用六個混沌偏振雷達對六方位目標進行測距。結(jié)果發(fā)現(xiàn),六方位目標測距具有實時穩(wěn)定性和高精度等良好性能,測距的絕對誤差達到毫米級。并且,所有的相對誤差都小于11%。該工作內(nèi)容見本文第四章。綜上所述,本文研究了三節(jié)點VCSEL網(wǎng)絡(luò)的混沌同步特性及其在六方位目標實時測距中的應用�；贛SF,本文研究了非耗散、相同時間延遲耦合的三節(jié)點VCSEL網(wǎng)絡(luò)的完全混沌同步特性,提出了適用于多種網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)的GCCS的判定方法。在此基礎(chǔ)上,進一步探索了具有不同信道延遲的環(huán)形拓撲結(jié)構(gòu)的三節(jié)點VCSEL網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)GCCS的方法,利用三節(jié)點VCSEL網(wǎng)絡(luò)中的同步混沌偏振雷達對六方位目標進行了測距。
【學位授予單位】：五邑大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TN248.4;TN953.2
【圖文】：

圖 1-1 光注入半導體激光器混沌雷達系統(tǒng)的原理框圖[37]驗證該系統(tǒng)的可行性，進行了以反射鏡為目標的測距實驗。當達系統(tǒng)約 2 米時，首先得到一組回波和延遲信號，它們的互相的黑色曲線所示；通過將鏡子平移 50.0 cm，獲得第二組回波和相關(guān)軌跡如圖 1-2 中的灰色曲線所示。根據(jù)相關(guān)峰值之間的間隔差為 49.5cm，顯示了亞厘米數(shù)量級的測距精度；并且,互相關(guān)峰，在實驗上實現(xiàn)了 3cm 的距離分辨率。目前，該分辨率受到所用。

圖 1-1 光注入半導體激光器混沌雷達系統(tǒng)的原理框圖[37]驗證該系統(tǒng)的可行性，進行了以反射鏡為目標的測距實驗。達系統(tǒng)約 2 米時，首先得到一組回波和延遲信號，它們的互黑色曲線所示；通過將鏡子平移 50.0 cm，獲得第二組回波和相關(guān)軌跡如圖 1-2 中的灰色曲線所示。根據(jù)相關(guān)峰值之間的間差為 49.5cm，顯示了亞厘米數(shù)量級的測距精度；并且,互相關(guān)峰在實驗上實現(xiàn)了 3cm 的距離分辨率。目前，該分辨率受到所。

圖 1-3 混沌雷達系統(tǒng)原理圖[38]從圖 1-4(a)可以看出，參考信號和回波信號在 1.5-3GHz 范圍內(nèi)均具有平坦且平滑的功率譜密度；圖 1-4（b）中相關(guān)峰的 FWHM 為 0.6ns，從該結(jié)果中推導出測距分辨率為 9cm。證明了混沌雷達測距能力的概念驗證實驗如圖 1-5 所示,在該實驗中將金屬板作為目標。從該圖可以看出，盡管旁瓣相對較高，這主要是由于目標的低反射和所使用的全向天線，仍然可以清晰地識別指示目標位置的峰值。圖 1-4 (a)參考信號與回波信號的功率譜；(b)參考信號與回波信號的互相關(guān)軌跡[38]

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