《空间光通信系统中激光功率自适应控制的研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《空间光通信系统中激光功率自适应控制的研究（52页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、墒尊，- - ，、随着激光器技术和光电子器件技术的飞速发展，大气激光通信得到了越来越广泛的应用，但是其受大气信道以及通信距离的影响比较严重，恒定的发射功率往往造成光探测器的饱和或者通信中断。本论文针对无线大气激光通信独特的信道特点，分析了影响通信信道的各种因素( 包括光端机因素和大气因素) ，并且讨论了各种因素与信道损耗之间的关系，给出无线大气激光通信的信道模型。综合大气信道与通信距离等因素制定了功率自适应控制的方案，采用A P D 检测接收功率，并通过广义预测自适应算法来计算控制量，用数字电位器来调整驱动电流，使系统能够随着外界因素的变化自适应的调整发射功率，以保证通信质量。经仿真证明，功率
2、自适应控制器的设计合理可靠。关键词：自适应控制空间激光通信激光功率M A T L A B 仿真A b s t r a c tW i t ht h ed e v e l o p m e n to fl a s e rt e c h n o l o g ya n dp h o t o e l e c t r o nc o m p o n e n tt e c h n o l o g y ,a t m o s p h e r i cl a s e rc o m m u n i c a t i o nh a sm o r ea n dm o r ew i d e l yu s e d I ti sg
3、r e a t l ye f f e c t e db ya t m o s p h e r ec h a n n e la n dc o m m u n i c a t i o nd i s t a n c e F o ri tw i l lc a u s et h ep h o t o d e t e c t o rs a t u r a t e do rt h ec o m m u n i c a t i o ni n t e r r u p t i o ni ft h ep o w e ro fl a s e ri si n v a r i a b l e ，t h er e s e
4、a r c ho na d a p t i v ep o w e rc o n t r o lf o rl a s e rh a sg r e a ti m p o r t a n ts i g n i f i c a n c e I nt h i sa r t i c l e ，b a s e do nt h es p e c i a lc h a n n e lc h a r a c t e ro fS p a c eL a s e rC o m m u n i c a t i o n ，a l lk i n d so ff a c t o r s ( 1 a s e rt e r m i
5、 n a lf a c t o r sa n da t m o s p h e r ef a c t o r s ) a f f e c t i n gt h ec o m m u n i c a t i o nc h a n n e la r ea n a l y z e da n dt h ec o n n e c t i o n sb e t w e e nt h ec h a n n e ll o s sa n dt h ec o r r e s p o n d i n ga f f e c t i o nf a c t o r sa l ed i s c u s s e d A na
6、 d a p t i v ep o w e rc o n t r o lo fa t m o s p h e r i cl a s e rc o m m u n i c a t i o ns y s t e md e s i g nh a sb e e ni n t r o d u c e d ，w h i c hc a na d j u s tt h el a s e rp o w e rf o l l o w i n gt h ev a r i a t i o no fw e a t h e rt oi n s u r et h ec o r t l m u n i c a t i o n
7、q u a l i t yA f t e rt h ee x p e r i m e n t ，i th a sb e e np r o v e dt h a tt h ea d a p t i v ep o w e rc o n t r o lo fa t m o s p h e r i cl a s e rc o m m u n i c a t i o ni sd e s i g n e dr e a s o n a b l ea n dr e l i a b l e K e yw o r d s ：A d a p t i v eC o n t r o lA t m o s p h e r
8、 i cL a s e rC o m m u n i c a t i o nL a s e rp o w e r队T L A BS i m u l a t i o n长春理工大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的硕士学位论文，空间光通信系统中激光功率自适应控制的研究是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者签名：绰幽年月旦同长春理工大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者及指导
9、教师完全了解“长春理工大学硕士、博士学位论文版权使用规定“ ，同意长春理工大学保留并向中国科学信息研究所、中国优秀博硕士学位论文全文数据库和C N K I 系列数据库及其它国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权长春理工大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文。作者签名：卑丛盟J 年月旦同指导导师签名：年土月球同第一章绪论弗一旱殖记8 0 年代以来，以信息技术、生物技术、新材料等高新技术为中心的新的技术革命浪潮有力地冲击着全球，引起了经济、社会、文化、政治、军事等各方面的深刻变革。而高
10、技术及其产业已成为各国之间的竞争热点。实践证明，只有在高新技术上走在前列，才能够使得经济上更加繁荣，政治上更加独立，战略上更加主动。因此，许多国家都把发展高新技术列为国家发展战略的重要组成部分，不惜花费巨额投资，组织大量的人力与物力。1 9 8 3 年美国提出的“战略防御倡议“ ，随后出现的欧洲的“尤里卡计划，当时的经互会成员国的“2 0 0 0 年科学技术进步综合纲要“ 和日本的“今后十年科学技术振兴政策等，都是着眼于2 1 世纪的战略计划。这些计划的实施，对世界高技术大发展产生了一定的影响和震动。目前世界的局势错综复杂，我国作为社会主义大国要在世界上立于不败之地，必须加快发展高新技术，尤其
11、是在航天技术、信息技术、激光技术等领域，要跟踪国际水平，缩小同国外的差距，并力争在我们有优势的领域有所突破，为我国的经济发展和国防安全创造条件。激光通信是利用激光光束作为信息载体来传递信息的一种通信方式，和传统的电通信一样，激光通信可分为有线激光通信和无线激光通信两种形式。有线激光通信就是近二、三十年来迅猛发展起来的以光导纤维作为传输介质的光纤通信，目前己成为高速有线信息传输的骨干，具有了相当的规模，正在逐步取代传统的电缆通信。无线激光通信也称自由空间激光通信，它不使用光纤等导波介质，直接利用激光在大气或太空中进行信号传递，可进行语音、数据、电视、多媒体图像的高速双向传送。近年来，随着半导体技
12、术和通信技术的发展，空间激光通信以其通信容量大、传输速度高、频带宽、重量轻、功耗体积小、保密性高等优点，成为一种重要的通信方式，得到越来越广泛的应用。空间激光通信是指用激光束作为信息载体进行空间，包括大气空间、低轨道、中轨道、同步轨道、星际间、太空间的通信。激光空间通信与微波空间通信相比，波长比微波波长明显短，具有高度的相干性和空间定向性，这决定了空间激光通信具有通信容量大、重量轻、功耗和体积小、保密性高、建造和维护经费低等优点。1 、大通信容量：在通信容量上，光通信比微波通信有巨大的优势。因为光纤通信技术每束波束光波的数据率可达2 0 G b s 以上，并且可采用波分复用技术使通信容量上升几
13、十倍。激光的频率比微波高3 4 个数量级，作为通信的载波有更大的利用频带。2 、低功耗：对于能源成本高昂的空间通信来说，尽量小的功耗是十分必要的。激光的发散角很小，能量高度集中，落在接收机望远镜天线上的功率密度高，发射机的发射功率可大大降低，功耗相对较低。3 、体积小、重量轻：空间激光通信的能量利用率很高，因此发射机及其供电系统的重量较轻；由于激光的波长短，在同样的发散角和接收视场角要求下，发射和接收望远镜的口径都可以减小。4 、高度的保密性：激光具有高度的定向性，发射波束纤细，激光的发散角通常在毫弧度，这使激光通信具有高度的保密性，可有效地提高抗干扰、防窃听的能力。5 、激光空间通信具有较低
14、的建造经费和维护经判。无线大气激光通信也存在一些技术特性本身所决定的弱点：l 、瞄准困难。这是无线大气就光通信应用中最为明显的不足。激光在大气中传输人眼看不见，这就使接收天线不易把我方位，瞄准困难。一般的无线大气激光通信系统的发射天线都设在大楼上，大风或者轻微的地震都会使天线产生晃动，造成光路的偏移，不易瞄准。2 、不能越过障碍物，影响应用范围。由于激光不能穿过有形物体，例如建筑物、树木等障碍物，所以无线大气激光通信要求在发射端和接收端之间不能有阻碍光路的障碍物，否则会造成通信质量下降或者无法通信。3 、在恶劣的环境下适应能力差，通信距离有限。由于激光具有光的直线传播的特性，因此无线大气激光通
15、信只能在视距范围内实现，通信距离不如传统的微波无线通信。大气空间激光通信的通信质量和通信距离受大气信道的影响严重，大气衰减和大气湍流是影响通信质量的主要因素，通常晴天对自由空间光通信( F S O ) 传输质量的影响最小，而雨、雪和雾对传输质量的影响则较大。人们往往采用增大激光发射功率来克服恶劣天气，但是在晴朗天气下激光器恒定的输出功率太高往往造成能源浪费和光探测器的饱和，太低又容易在天气状况不好时造成通信质量下降甚至通信中断。而通信距离和光端机性能也对通信质量有很大影向。1 1 课题研究的目的和意义随着信息化社会的到来，空间激光通信作为一种崭新的通信技术正在悄然兴起。空间光通信是指利用在空间
16、传输的激光束作为信息载体实现两个或多个应用目标之间的数据通信。与卫星光通信相比，大气激光通信具有特殊性：这就是大气激光通信受大气气象的影响比较严重。因此了解大气信道对激光通信的影响，提高激光发射、接收系统的性能，对设计高质量的大气激光通信系统具有十分重要的意义。由于大气中存在着各种气体分子和微粒，如尘埃，烟雾等，以及刮风、下雨、下雪等天气变化，使部分光辐射能量被吸收而转变为其他形式的能量，部分能量被散射而偏离原来的传播方向。大气的衰减使激光信号严重减弱，例如，对于0 8 3 u m 的激光，在中等能见度的晴天，大气引起的衰减达0 7 d B k m ，而一般阴霾天气，为3 25 d B k r n ，在浓雾和浓云中，0 8 3 u m 的激光的衰减可达l O O d B k m 以上。除此之外，大气激光通信的接收功率还受通信距离和光端机因素的影响，这严重影响了通信质量甚至造成通信中断。增大激光发射功率是克服恶劣天气减小大气衰减的有效办法之一。但是如果功率恒定的在较大值，当天气晴朗信道损耗降低时，有可能使光探测器饱和，不仅造成能源浪
