【摘要】：大氣激光通信技術(shù)有著結(jié)構(gòu)輕便,保密性強(qiáng)的特點(diǎn)。在國防科技領(lǐng)域有著很好的表現(xiàn),也因其信息傳輸速率高和通信網(wǎng)絡(luò)可升級(jí)的優(yōu)勢(shì)在通信行業(yè)內(nèi)很受歡迎,受到了各國的重視,在二十一世紀(jì)以來有了長足的發(fā)展。雖然大氣激光通信技術(shù)有著各種各樣的優(yōu)點(diǎn),但是環(huán)境因素會(huì)對(duì)信道產(chǎn)生干擾,制約了其發(fā)展。大氣激光通信受大氣湍流效應(yīng)的影響是不容忽視的,湍流效應(yīng)往往能決定整個(gè)系統(tǒng)的性能是否適合通信,因此研究大氣湍流特性對(duì)于了解大氣信道環(huán)境、從而提升大氣激光通信系統(tǒng)的性能是十分有意義的。湍流大氣中脈沖的瞬態(tài)特性是指脈沖寬度達(dá)到皮秒或皮秒以上量級(jí)時(shí),其在湍流大氣中的時(shí)域特性。通過對(duì)大氣湍流環(huán)境下光場的時(shí)間一階和二階強(qiáng)度矩表達(dá)式的分析,發(fā)現(xiàn)光強(qiáng)的起伏與時(shí)間之間有著很強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性,而光強(qiáng)又是研究大氣激光通信中脈沖展寬和脈沖到達(dá)時(shí)間抖動(dòng)現(xiàn)象的重要參數(shù)。那么,要掌握脈沖的實(shí)時(shí)變化情況,就必須要研究超短激光脈沖的瞬時(shí)展寬變化和到達(dá)時(shí)間的變化情況。這樣就可以有針對(duì)性地改善大氣激光通信系統(tǒng)的通信性能。通過研究發(fā)現(xiàn)巴特沃斯濾波器在級(jí)聯(lián)后的頻域響應(yīng)與有高斯包絡(luò)的激光脈沖通過水平大氣信道后的頻域響應(yīng)類似,據(jù)此可以建立模型用來研究高斯脈沖的時(shí)域展寬,且在弱起伏到強(qiáng)起伏均適用。運(yùn)用此模型仿真了不同初始脈寬、通信距離、波長和湍流強(qiáng)度下的脈沖展寬情況,得到了脈沖展寬與初始脈寬、波長和湍流強(qiáng)度等物理因素的關(guān)系。關(guān)于研究水平鏈路下脈沖到達(dá)時(shí)間的問題,文章中利用結(jié)合單位延時(shí)濾波器和分?jǐn)?shù)濾波器的方法,建立了脈沖瞬時(shí)到達(dá)時(shí)間的模型,仿真得到了歸一化頻率和湍流強(qiáng)度與脈沖到達(dá)時(shí)間的關(guān)系,該模型經(jīng)仿真驗(yàn)證,達(dá)到了飛秒級(jí)精度。在仿真后,本文建立了真實(shí)實(shí)驗(yàn)環(huán)境驗(yàn)證仿真結(jié)果。利用大氣湍流池模擬真實(shí)大氣湍流環(huán)境,對(duì)通過大氣湍流池后的激光脈沖運(yùn)用自相關(guān)儀和示波器處理。將得到的每個(gè)脈沖進(jìn)行單獨(dú)處理,得到了關(guān)于脈沖的展寬和到達(dá)時(shí)間數(shù)據(jù),仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)基本一致。
【學(xué)位授予單位】：長春理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TN929.1
【圖文】：

圖 3.1 脈沖寬度示意圖表示方法，在距離發(fā)射端 L 處的窄帶脈沖，可用下式來0( ) ( )exp( )o op t = v t i ω t( )op t 的復(fù)包絡(luò)函數(shù)，表示波形。對(duì)(3-38)式做傅里葉變換( ) ( )exp( )i iP ω p t iω t dt∞ ∞= ( )0( )expiv t i ω ωt dt∞ ∞= 0( )i= V ω ω ( )iv t 的傅里葉變換，如下：2 20( ) exp( / )exp( )iV ω t T iω t dt∞ ∞= 2 21expπ T ωT =

圖 3.1 初始半脈寬與超短激光脈沖瞬時(shí)展寬比間的關(guān)系從圖 3.1 可以看出，隨著初始半脈寬的增加。在三種弱起伏強(qiáng)度環(huán)境下，脈沖展寬比的減小趨勢(shì)是大體相同的，脈沖展寬比下降的速度很快，之后下降速度趨于平緩。這種下降趨勢(shì)的原因，是因?yàn)殡S著初始脈寬的增加，脈沖展寬量占初始脈寬的百分比變得原來越小。在初始半脈寬為 20fs 至 40fs 時(shí)，閃爍因子為 0.2 的條件下，脈沖展寬比下降了 30%左右。閃爍因子為 0.5 時(shí)，脈沖展寬比下降了 50%左右。閃爍因子為 0.8時(shí)，脈沖展寬比下降了 80%左右。可見，更強(qiáng)的起伏強(qiáng)度在同等初始脈寬條件下，可以引起更大的脈沖展寬比，可是其下降得速度也更快。并且上圖可以預(yù)見的是隨著初始脈寬的增大，大氣湍流所引起的脈沖展寬現(xiàn)象會(huì)進(jìn)一步被抑制。3.4.2 通信距離對(duì)超短激光脈沖瞬時(shí)脈沖展寬特性的影響分析本節(jié)本文選用了波長為 1550nm 的激光作為通信光，對(duì)通信距離為 100km 至1000km 間隔 100km 共 10 種情況分別進(jìn)行了仿真，初始半脈寬為 20fs、60fs 和 100fs。仿真結(jié)果如圖 3.2 所示：

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2732562