【摘要】：近年來,跨介質(zhì)通信作為當(dāng)下的研究熱點被廣泛關(guān)注,其主要應(yīng)用場景為水下平臺與陸地平臺、空中平臺和衛(wèi)星之間的互聯(lián)互通。隨著數(shù)據(jù)量的提升與云計算的發(fā)展,水下通信對傳輸速率、安全性和穩(wěn)定性都提出了更高的要求。當(dāng)前,國內(nèi)外跨介質(zhì)通信的主要手段是利用無線電進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,然而,海水對無線電的吸收作用很強,傳輸過程中能量損耗較大,嚴(yán)重影響通信質(zhì)量。研究證實,海水中也存在一個類似大氣中存在的透光窗口,藍(lán)綠光波段在海水中的衰減遠(yuǎn)小于其他波段。因此,藍(lán)綠激光通信在跨介質(zhì)通信中扮演起了重要角色。值得注意的是,現(xiàn)有的文獻(xiàn)研究大多都集中在藍(lán)綠激光的下行通信,上行通信的研究相對較少。藍(lán)綠激光上行傳輸?shù)男诺栏鼮閺?fù)雜,特別是海/氣界面處,激光從光密介質(zhì)向光疏介質(zhì)傳播,海面的隨機(jī)波動會導(dǎo)致接收面光斑的擴(kuò)展、閃爍和漂移,致使通信性能產(chǎn)生變化,惡劣的海況甚至可能中斷通信進(jìn)程。本文在對藍(lán)綠激光上行通信的研究中,首先,建立了跨介質(zhì)藍(lán)綠激光通信的系統(tǒng)模型。其次,分別對海水和大氣信道的組成以及各種懸浮微粒對激光散射與吸收的影響進(jìn)行了深入分析,研究了海/氣界面處的幾何光學(xué)特性,理論計算了理想海面傾斜角下的接收面光斑直徑與光束中心漂移,利用P-M譜和ITTC建議的方向函數(shù),模擬了三維隨機(jī)海面模型。然后,通過對跨介質(zhì)藍(lán)綠激光上行通信的信道衰減進(jìn)行分析,得到系統(tǒng)路徑損耗的計算表達(dá)式,并詳細(xì)地分析了系統(tǒng)參數(shù)對路徑損耗的影響。通過研究接收機(jī)噪聲,確定了背景光噪聲與接收機(jī)熱噪聲為系統(tǒng)主要的噪聲來源,得到歸一化信噪比表達(dá)式,確定了系統(tǒng)的最佳接收視場角。選擇OOK調(diào)制方式,基于系統(tǒng)的鏈路特性分析了鏈路速率與發(fā)射功率對誤碼率的影響。通過逆推系統(tǒng)平均發(fā)射功率,驗證系統(tǒng)可行。針對不同水域理論計算了系統(tǒng)的信道時延。最后,利用蒙特卡洛方法對跨介質(zhì)藍(lán)綠激光上行傳輸進(jìn)行仿真,并針對跨介質(zhì)傳輸改進(jìn)模擬算法對系統(tǒng)的傳輸特性進(jìn)行研究,就不同信道傳輸距離和海面風(fēng)速分析了藍(lán)綠激光傳輸?shù)墓鈭龇植寂c時延展寬。本文的研究工作將為跨介質(zhì)藍(lán)綠激光通信試驗樣機(jī)的研制提供相應(yīng)的理論基礎(chǔ),提供一種跨介質(zhì)遠(yuǎn)距離通信方式,并為水下平臺與空中平臺的上行通信增加一種可能的通信手段。
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN929.1
【圖文】：

第二章 激光上行通信系統(tǒng)信道分析9圖2.1 不同波長的葉綠素吸收系數(shù)葉綠素的吸收系數(shù)通常可以表示為濃度與單位吸收系數(shù)acμ′的乘積ac acμ Cμ′= (2-1)其中，比例系數(shù)C 表示海水中含有的葉綠素濃度，單位為3mg m 。單位吸收系數(shù)一般可選取1 30.025m / mg m [32]。黃色物質(zhì)的吸收系數(shù)通�？梢员硎緸�0 0( ) exp[ ( )]ay ay=μ μ λ fλ λ(2-2)其中0λ 取 400nm，參數(shù) f 在不同的水體環(huán)境中取值不同，取值區(qū)間為 0.011~0.018，通常選取 0.014，不同波長的黃色物質(zhì)吸收系數(shù)如圖 2.2 所示[33]。圖2.2 不同波長的黃色物質(zhì)吸收系數(shù)不同水域的懸浮礦物質(zhì)泥沙等也不盡相同，因此對應(yīng)的吸收系數(shù)也有較大差異，懸浮礦物質(zhì)泥沙吸收系數(shù)近似可以表示?

[33]。圖2.2 不同波長的黃色物質(zhì)吸收系數(shù)不同水域的懸浮礦物質(zhì)泥沙等也不盡相同，因此對應(yīng)的吸收系數(shù)也有較大差異，懸浮礦物質(zhì)泥沙吸收系數(shù)近似可以表示為

λ 取 400nm，參數(shù) f 在不同的水體環(huán)境中取值不同，取值區(qū)間為 0.011~0.018，通常選取 0.014。不同波長的懸浮礦物質(zhì)泥沙吸收系數(shù)如圖 2.3 所示。圖2.3 不同波長的懸浮礦物質(zhì)泥沙吸收系數(shù)2.1.3 海水的散射特性光在介質(zhì)體中傳輸，光子的方向改變而其他性質(zhì)保持不變的隨機(jī)過程，被稱為光的散射。在光的散射過程中，光子沒有消失，也沒有損耗自身所攜帶的能量，仍然存在于介質(zhì)體中，僅僅偏離了自身傳輸?shù)臏?zhǔn)直方向。海水中存在眾多懸浮物質(zhì)，因此光在海水中的傳播必定離不開散射，而且是多次散射，造成光子散射的主要因素是各種近似光波長的懸浮顆粒。海水的散射導(dǎo)致光在傳輸過程中光的路徑異常復(fù)雜，在研究散射過程中，主要研究散射方向角的相關(guān)函數(shù)，通常使用自變量為散射角的函數(shù)來表示散射特性，即體積散射函數(shù)。海水散射的過程非常復(fù)雜，通常認(rèn)為是海水自身的純水的散射與海水中懸浮物質(zhì)的散射共同作用的結(jié)果。純水引起的散射過程一般只和自身的溫度壓強等因素有關(guān)

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本文編號：2776454