【摘要】：自由空間光通信（FSO）是一種新型的無線通信方式，它包括很多的應(yīng)用領(lǐng)域。例如：深空、中軌道、地面站之間的FSO通信，在某些情況下還可以利用其進(jìn)行衛(wèi)星與地面站之間的通信，在一般情況下又把地面站之間的激光通信稱為大氣激光通信。 自由空間光通信之所以會受到越來越多國家學(xué)者們的關(guān)注，主要是由于FSO通信有著以下的幾個優(yōu)點(diǎn)：FSO通信技術(shù)能夠提供相當(dāng)高的傳輸速率，不亞于光纖的傳輸速率，甚至在某些情況下，F(xiàn)SO通信的最高速率已經(jīng)可以達(dá)到5.6Gb/s，，最遠(yuǎn)可傳送4.5km；FSO通信技術(shù)沒有頻譜的限制，對于頻譜資源的分配與普通射頻無線通信相比有著很大的優(yōu)勢。 在FSO通信技術(shù)的發(fā)展中也存在著很多問題，在可見光在傳輸中，一個限制通信質(zhì)量和通信距離的瓶頸就是大氣衰減和光強(qiáng)起伏。大氣吸收和散射會導(dǎo)致激光強(qiáng)度嚴(yán)重衰減，大氣湍流會導(dǎo)致大氣閃爍、光束漂移、到達(dá)角起伏和波前畸變等效應(yīng)。為了克服大氣湍流的影響、實(shí)現(xiàn)有效的信道補(bǔ)償，需要進(jìn)行大量的實(shí)驗(yàn)研究和理論探索。 自適應(yīng)光學(xué)（AO）在FSO通信技術(shù)中的使用受到了越來越多人的重視。組合變形鏡（CDM）在自適應(yīng)光學(xué)中的使用是有先例的，但是不同于之前提過的基于變形鏡沖程考慮的CDM的使用，本文提出的CDM的使用主要考慮變形鏡本身的參數(shù)特征以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)�？紤]到不同的變形鏡結(jié)構(gòu)參數(shù)對于不同類型的波前畸變的補(bǔ)償效果存在很大不同，本文考慮讓兩個變形鏡各自補(bǔ)償不同部分的波前畸變，從而達(dá)到最優(yōu)的補(bǔ)償效果。同時給出了一種兩變形鏡之間的解耦合算法—限定校正算法。 傳統(tǒng)的PID控制算法在AO系統(tǒng)或者自由空間光通信系統(tǒng)中的使用有一些缺陷或者限制：PID參數(shù)整定技術(shù)還不夠成熟，在一般實(shí)際情況下還依賴于現(xiàn)場操作者的經(jīng)驗(yàn)。在一些需要高精度高要求的場合，比如對于可見光通信大氣通信系統(tǒng)，這是不可取的。而且，在某些強(qiáng)湍流的情況下波前傳感設(shè)備的性能會急劇下降，這時基于智能優(yōu)化控制算法的無波前傳感的AO系統(tǒng)就變得很有意義。 本文研究基于隨機(jī)并行梯度下降（SPGD）算法，模擬退火（SA）算法，改進(jìn)型人工魚群（MAFS）算法，改進(jìn)型混合蛙跳（MSFL）算法等優(yōu)化算法的AO控制系統(tǒng)，仿真結(jié)果表明它們對波前畸變有較好的補(bǔ)償效果，接收端光耦合效率有明顯的提高。 仿真結(jié)果表明，本論文所提出的CDM以及智能仿生優(yōu)化算法可以在AO系統(tǒng)或者FSO系統(tǒng)中取得較好的效果，這些優(yōu)化算法可以通過較少的迭代循環(huán)達(dá)到很好的最終收斂值，從而有效地改善了整個FSO通信系統(tǒng)的通信質(zhì)量。
[Abstract]:Free space optical communication (FSO) is a new type of wireless communication, which includes many applications. For example, FSO communication between deep space, medium orbit and earth station can be used to communicate between satellite and ground station in some cases. In general, laser communication between ground stations is called atmospheric laser communication. The reason why free space optical communication has attracted more and more attention is that FSO communication has the following advantages: FSO communication technology can provide a fairly high transmission rate, no less than the transmission rate of optical fiber. Even in some cases, the maximum rate of FSO communication can already reach 5.6 GB / s, and it can transmit 4.5 km as far as possible. FSO communication technology does not have the limitation of spectrum, and it has great advantages over the common radio frequency radio communication in the allocation of spectrum resources. There are also many problems in the development of FSO communication technology. In the transmission of visible light, a bottleneck limiting the communication quality and communication distance is atmospheric attenuation and light intensity fluctuation. Atmospheric absorption and scattering will lead to serious attenuation of laser intensity, atmospheric turbulence will lead to atmospheric scintillation, beam drift, angle-of-arrival fluctuation and wavefront distortion. In order to overcome the influence of atmospheric turbulence and realize effective channel compensation, a lot of experimental research and theoretical exploration are needed. More and more people pay attention to the application of adaptive optical (AO) in FSO communication technology. There is a precedent for the use of composite deformable mirror (CDM) in adaptive optics, but is different from the use of CDM based on deformable mirror stroke considerations. The use of CDM in this paper mainly considers the parameter characteristics and structural design of the deformable mirror itself. Considering that different structural parameters of deformable mirror have different compensation effects for different types of wavefront distortion, this paper considers that the two deformable mirrors can compensate the wavefront distortion of different parts respectively, so that the optimal compensation effect can be achieved. At the same time, a de-coupling algorithm between two deformable mirrors, the finite correction algorithm, is presented. There are some defects or limitations in the use of traditional PID control algorithms in AO systems or free space optical communication systems: the PID parameter tuning technique is not mature enough, and in general, it depends on the experience of field operators. This is not desirable in situations where high precision and high requirements are required, such as for visible-light atmospheric communication systems. In addition, the performance of wavefront sensing equipment will decrease sharply under some strong turbulence conditions, so the AO system without wavefront sensing based on intelligent optimal control algorithm becomes meaningful. In this paper, the AO control system based on random parallel gradient descent (SPGD) algorithm, simulated annealing (SA) algorithm, improved artificial fish group (MAFS) algorithm, improved hybrid frog jump (MSFL) algorithm and other optimization algorithms is studied. The simulation results show that they have a good compensation effect on wavefront distortion, and the optical coupling efficiency of the receiver is improved obviously. Simulation results show that the CDM and intelligent bionic optimization algorithms proposed in this paper can achieve better results in AO or FSO systems. These algorithms can achieve good convergence values by less iterative cycles. Thus, the communication quality of the whole FSO communication system is improved effectively.
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TN929.1

【共引文獻(xiàn)】

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本文編號：2446177