【摘要】：紫外光通信是一種新型自由空間光通信方式，它依靠大氣粒子與紫外光子之間的散射過(guò)程傳遞信息,具有非視距、抗干擾、低竊聽(tīng)、電磁靜默等優(yōu)點(diǎn)，能夠滿(mǎn)足復(fù)雜地形環(huán)境下全天候、全方位保密通信的要求，在軍事和民用場(chǎng)合都有巨大應(yīng)用前景。本文從研究信道特性以及實(shí)驗(yàn)平臺(tái)搭建兩個(gè)方面展開(kāi)相關(guān)技術(shù)的研究。 （1）紫外通信信道特性建模： 利用瑞利散射理論和米氏散射理論對(duì)單次散射模型進(jìn)行介紹，在此基礎(chǔ)上研究了標(biāo)準(zhǔn)大氣參數(shù)下，收發(fā)結(jié)構(gòu)以及收發(fā)距離對(duì)于信道衰減和脈沖展寬效應(yīng)的影響；并將模型推廣至非共面結(jié)構(gòu)下，研究了收發(fā)端光軸偏角對(duì)于信道特性的影響，使模型更加符合真實(shí)場(chǎng)景。 從統(tǒng)計(jì)的角度出發(fā)對(duì)通信信道的蒙特卡羅分析模型進(jìn)行了設(shè)計(jì)以及實(shí)現(xiàn)，提出一套在三維坐標(biāo)系下進(jìn)行光子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)描述的方法，完成了數(shù)千萬(wàn)光子的運(yùn)動(dòng)采樣、跟蹤、路線(xiàn)記錄以及特性總結(jié)，并結(jié)合單次散射模型將蒙特卡羅模型分析的收斂速度大大提高。另外，利用蒙特卡羅模型克服了單次散射模型對(duì)于通信距離的局限，拓寬了模型的適用范圍，給出了遠(yuǎn)距離下模型對(duì)于信道特性的估計(jì)情況。綜合兩個(gè)模型的計(jì)算結(jié)果，對(duì)于近距離下的信道衰減特性以及脈沖展寬效應(yīng)進(jìn)行了仿真分析，作為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)搭建時(shí)的重要依據(jù)。 （2）紫外通信平臺(tái)搭建 在信道特征仿真分析的基礎(chǔ)上，完成了紫外通信平臺(tái)的總體方案設(shè)計(jì)，并給出了紫外光通信電路子系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)，包括語(yǔ)音信號(hào)處理、調(diào)制解調(diào)方案的選擇與實(shí)現(xiàn)、光源驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)、探測(cè)器信號(hào)處理等；并在此基礎(chǔ)上完成了紫外語(yǔ)音通信平臺(tái)的搭建。 通過(guò)通信實(shí)驗(yàn)平臺(tái)驗(yàn)證了LOS和NLOS傳輸方式的可行性和性能，并在一定程度上對(duì)模型的仿真結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明基于紫外光作為載波的語(yǔ)音通信方案切實(shí)可行，新型的LED光源可以支持?jǐn)?shù)米的語(yǔ)音傳輸，在大發(fā)散角以及小俯仰角下具有相對(duì)良好的信號(hào)強(qiáng)度和誤碼性能。
【圖文】：

紫外通信信道特性研究以及語(yǔ)音通信平臺(tái)搭建2有的運(yùn)動(dòng)方向，信號(hào)甚至可以繞過(guò)障礙物被接收端接收，如圖1-1所示。這種通信方式由于作用距離短，具有區(qū)域保密性，而且不需頻段申請(qǐng)，，適用于復(fù)雜電磁環(huán)境，而受到多方關(guān)注。圖1：紫外通信收發(fā)結(jié)構(gòu)1.1.2 紫外通信的優(yōu)勢(shì)紫外通信是建立在散射基礎(chǔ)上的，相比于其他通信方式有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。具體說(shuō)來(lái)有以下幾點(diǎn)：1）非視距傳輸、全方位通信傳統(tǒng)的自由空間光通信都是基于光的直線(xiàn)傳輸，收發(fā)端之間需要存在直線(xiàn)或者反射通路，遠(yuǎn)距離的自由空間光通信甚至需要精密的對(duì)準(zhǔn)和跟蹤系統(tǒng)來(lái)保證通信鏈路的穩(wěn)定[3]。紫外通信則可以建立在散射過(guò)程的基礎(chǔ)上，并不依賴(lài)于收發(fā)端的直線(xiàn)傳播路徑，收發(fā)端無(wú)需對(duì)準(zhǔn)和跟蹤裝置，甚至可以利用垂直收發(fā)的模型工作

2 紫外光通信原理大氣背景情況，如圖 2-2 所示；同一大氣條件下的紫外波段透過(guò)率曲線(xiàn)如圖 2-3示。圖中橫坐標(biāo)為波數(shù)值，圖上方 X 軸對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)值�？梢钥闯龃髿鈱�(duì)于紫外的收是比較強(qiáng)烈的，尤其是在 280nm 以下的波段有一個(gè)吸收峰，背景幾乎為零。主要是由于臭氧層對(duì)該波段的強(qiáng)烈吸收造成的，這一段背景空白的紫外波段，稱(chēng)為“日盲紫外波段”，表 2.2 則是另一文獻(xiàn)中提及的特殊波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的名義上紫外線(xiàn)背景強(qiáng)度情況[23]：
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院研究生院（上海技術(shù)物理研究所）
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類(lèi)號(hào)】：TN929.1

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2531226