【摘要】：近年來(lái),跨介質(zhì)通信作為當(dāng)下的研究熱點(diǎn)被廣泛關(guān)注,其主要應(yīng)用場(chǎng)景為水下平臺(tái)與陸地平臺(tái)、空中平臺(tái)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(jì)算的發(fā)展,水下通信對(duì)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(guó)內(nèi)外跨介質(zhì)通信的主要手段是利用無(wú)線電進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,然而,海水對(duì)無(wú)線電的吸收作用很強(qiáng),傳輸過(guò)程中能量損耗較大,嚴(yán)重影響通信質(zhì)量。研究證實(shí),海水中也存在一個(gè)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(duì)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(dòng)會(huì)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(duì)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(duì)海水和大氣信道的組成以及各種懸浮微粒對(duì)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(jì)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(guò)對(duì)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(jì)算表達(dá)式,并詳細(xì)地分析了系統(tǒng)參數(shù)對(duì)路徑損耗的影響。通過(guò)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(lái)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(chǎng)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(duì)誤碼率的影響。通過(guò)逆推系統(tǒng)平均發(fā)射功率,驗(yàn)證系統(tǒng)可行。針對(duì)不同水域理論計(jì)算了系統(tǒng)的信道時(shí)延。最后,利用蒙特卡洛方法對(duì)跨介質(zhì)藍(lán)綠激光上行傳輸進(jìn)行仿真,并針對(duì)跨介質(zhì)傳輸改進(jìn)模擬算法對(duì)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?chǎng)分布與時(shí)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(yàn)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(tái)與空中平臺(tái)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(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：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(zhǎng)的葉綠素吸收系數(shù)葉綠素的吸收系數(shù)通�？梢员硎緸闈舛扰c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)通常可以表示為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(zhǎng)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(zhǎng)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(duì)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(zhǎng)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(duì)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(zhǎng)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(zhǎng)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(guò)程，被稱為光的散射。在光的散射過(guò)程中，光子沒(méi)有消失，也沒(méi)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(kāi)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(zhǎng)的懸浮顆粒。海水的散射導(dǎo)致光在傳輸過(guò)程中光的路徑異常復(fù)雜，在研究散射過(guò)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(lái)表示散射特性，即體積散射函數(shù)。海水散射的過(guò)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(guò)程一般只和自身的溫度壓強(qiáng)等因素有關(guān)

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本文編號(hào)：2776454