近年來,無線光通信（Optical Wireless Communication,OWC）因其超寬頻譜、保密性好等特點(diǎn)受到學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的廣泛關(guān)注。無線光通信的室外應(yīng)用場(chǎng)景主要指自由空間光通信（Free Space Optical Communication,FSO）。FSO通信可廣泛應(yīng)用于室外多種場(chǎng)景,包括作為“最后一公里”問題的有效解決方案、應(yīng)急通信方案、基站信息回傳和衛(wèi)星通信等。但在實(shí)際應(yīng)用中,大氣湍流將導(dǎo)致傳輸光束波前發(fā)生畸變,從而嚴(yán)重影響了 FSO通信系統(tǒng)的性能。自適應(yīng)光學(xué)（Adaptive Optics,AO）技術(shù)是補(bǔ)償波前畸變最常用的方法,但AO技術(shù)還存在很多亟需解決的問題,比如波前傳感器（Wavefront Sensor,WFS）不能在強(qiáng)湍流下工作,適用范圍小;基于盲優(yōu)化算法的WFS-less AO系統(tǒng)需要迭代次數(shù)多,這將嚴(yán)重影響FSO通信系統(tǒng)的時(shí)效性。針對(duì)上述問題,本文結(jié)合卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（Convolution Neural Network,CNN）方法,設(shè)計(jì)了基于CNN的波前畸變校正系統(tǒng),可實(shí)現(xiàn)FSO通信系統(tǒng)中波前畸變的快速校正。對(duì)所研究的CNN波前校正方案進(jìn)行系統(tǒng)建... 

【文章來源】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：89 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．２?ＦＳＯ通信應(yīng)用場(chǎng)景（ａ）密集城市（ｂ）最后一公里接入（ｃ）基站回傳（ｄ）軍事應(yīng)用??（ｅ）星間通信（ｆ）星地通信??

?第１章緒論???１．３研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)??針對(duì)目前國(guó)內(nèi)外研宄現(xiàn)狀，本文基于應(yīng)用在ＦＳＯ通信中的自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)??進(jìn)行研究，設(shè)計(jì)并驗(yàn)證了一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的波前畸變快速校正方法。本文研宄??方案框圖如圖１．４所示。對(duì)ＦＳＯ自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，針對(duì)波前畸變估??計(jì)精度與補(bǔ)償?shù)戎饕夹g(shù)挑戰(zhàn)，提出一種面向ＦＳＯ的基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的波前??校正方案。接著從仿真研究和實(shí)驗(yàn)探究?jī)煞矫嫜芯苛怂幔茫危涡Ｕ椒ǖ目尚??性與性能分析。探宄了基于ＣＮＮ的波前校正系統(tǒng)中的關(guān)鍵因素影響，包括Ｚｅｒｎｉｋｅ??項(xiàng)數(shù)、光強(qiáng)圖像量化位數(shù)和ＣＮＮ網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等。并將所提方法與傳統(tǒng)優(yōu)化算法從??性能和時(shí)間復(fù)雜度上進(jìn)行了比較分析。接著，通過搭建ＦＳＯＡＯ實(shí)驗(yàn)平臺(tái)實(shí)驗(yàn)分??析了基于ＣＮＮ的ＦＳＯ波前校正系統(tǒng)在不同湍流強(qiáng)度下的校正性能。最后通過理??論推導(dǎo)和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證分析了湍流校正前后的光纖耦合效率分布。??－基于ＣＮＮ的ＦＳＯ?ＡＯ系統(tǒng)模型及原理??纖釀純（?ＷＺｅｍｉｋｅ項(xiàng)數(shù)／量??■頌獅挪化位數(shù)／ＣＮＮ結(jié)構(gòu)）??Ｌ與傳統(tǒng)優(yōu)化算法的性能比較（校正??ｐｗｗｆｉｗｉ?性能和時(shí)間復(fù)雜度）??ＣＮＮ波前校正實(shí)驗(yàn)（不同湍流強(qiáng)度下??ｆ?波前校正性能）??湍流校正前后光纖耦合效率分布（理??論推導(dǎo)與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證）??圖１．４研究方案框圖??本文的具體研宄內(nèi)容如下：??１．針對(duì)目前自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)還存在的問題與挑戰(zhàn)，本文結(jié)合實(shí)際自適應(yīng)光學(xué)??系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，研究了一種基于深度學(xué)習(xí)的快速波前畸變校正方案，可以實(shí)現(xiàn)波前畸??變的快速校正，且適用于不同的湍流強(qiáng)度。本文首先對(duì)大氣湍流對(duì)ＦＳＯ鏈路的??影響進(jìn)行建模分析，基于Ｚｅｍｉｋｅ多項(xiàng)式方法建立湍流波前畸變

圖２．１所示。在發(fā)射端，發(fā)送信號(hào)在完成編碼和調(diào)制后通過任意波形發(fā)生器??（Ａｒｂｉｔｒａｒｙ?Ｗａｖｅｆｏｒｍ?Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ，ＡＷＧ）等器件將己調(diào)信號(hào)６（／）加載在激光器上，??設(shè)激光器偏置電流為／〇，當(dāng)輸入電流大于閾值電流心時(shí)，激光器的輸出光功率??Ｐ仍與輸入電流的關(guān)系在一定電流范圍內(nèi)成線性關(guān)系，如式（２．１）所示。??Ｐ（ｔ）?＝?Ｒ－（－Ｊ，ｈ＋ｂ（ｔ）?＋?Ｉ０）?（２．１）??其中，為電光轉(zhuǎn)換系數(shù)。此時(shí)激光束的電場(chǎng)五為：??Ｅ（ｐ，?ｅ，?ｚ，?ｔ）?＝?４ｍ?■?Ｕ（ｐ，?９，?ｚ）ｅＭｐ＇ｅ＇２）?（２．２）??其中，｛／為電場(chǎng)的幅度，滿足高斯分布，＾為高斯光束相位，ｐ和０分別為二維??坐標(biāo)極化徑向和角向，ｚ為傳輸距離。??


本文編號(hào)：2980064