非视距紫外光通信论文提纲

非视距紫外光通信关键技术研究

摘要：无线光通信是采用光为载体、大气为传输媒介的新兴通信技术。无线光通信按照通信方式分为视距通信和非视距通信。目前主流的红外光通信均为视距通信,而紫外光通信是通过大气散射作用传输信号,可实现非视距通信,具有保密性高、灵活机动、全天候工作等优点,可应用于地势复杂、保密通信的场合。国内外关于非视距紫外光通信的研究开展多年,但目前局限于理论研究,存在系统误码率高、带宽窄等问题。本文针对非视距紫外光通信存在的科学问题,开展紫外光大气传输特性、调制技术及分集接收技术等关键技术研究,并进行仿真分析和实验测试。首先,分析了紫外光吸收和散射机理,建立了改进的紫外光多次散射模型,研究了不同收发仰角、接收视场角、通信距离下系统脉冲展宽,继而分析了不同收发仰角及通信距离下的路径损耗,最后仿真分析了在不同气溶胶粒子浓度条件下的信道损耗。结果表明:1)收发仰角的增大会导致系统脉冲展宽增大,其中发射仰角对脉冲展宽的影响更大。当接收仰角为10°时,发射仰角90°的脉冲响应宽度是发射仰角为10°时的14倍。当收发仰角减小时,接收视场角对脉冲展宽的影响变大。2)适当的减小收发仰角可以减少紫外光在大气传输中的路径损耗,收发仰角均为20°时的路径损耗比均为40°时低4d B左右。3)在短距离内能见度越低的天气比晴朗天气下大气传输的路径损耗低,因此在短距离非视距紫外光通信中,大气中的雾霾粒子浓度的增加可减少信道损耗。然后,针对非视距紫外光通信带宽窄、传输速率低的问题,分析了调制光源、调制技术性能,开展调制技术的研究,模拟系统在泊松分布的噪声下,OOK、PPM调制技术下通信距离、传输速率与误码率的关系,分析了不同调制方式下通信系统性能。开展接收端弱信号检测技术研究,建立基于分集接收的非视距紫外光通信系统性能分析模型,分析了单接收探测器和双接收探测器下紫外光通信系统的通信性能。结果表明:采用等增益合并技术下分集接收对非视距紫外光通信的误码率降低约2个数量级。最后,搭建了非视距紫外光通信系统的实验平台,实验结果表明:非视距紫外光通信系统通信距离为18米,通信速率为1Mbps时,误码率低于10-7。通过实验及分析基本达到了预先要求,为进一步研究非视距紫外光通信系统及工程应用打下基础。 

关键词：非视距紫外光通信;

文章目录

摘要

Abstract

第1章 绪论

    1.1 研究背景及意义

    1.2 国内外研究现状

        1.2.1 国外研究现状

        1.2.2 国内研究现状

        1.2.3 紫外光通信发展趋势

    1.3 主要研究内容及章节安排

第2章 非视距紫外光通信理论

    2.1 非视距紫外光通信基本原理

    2.2 大气对紫外光传输的影响

        2.2.1 大气对紫外光的吸收作用

        2.2.2 大气对紫外光的散射作用

        2.2.3 球形粒子的光散射理论

        2.2.4 非球形粒子的光散射理论

    2.3 紫外光通信散射信道模型

        2.3.1 紫外光通信视距模型

        2.3.2 紫外光通信非视距模型

    2.4 紫外光通信调制技术分析

        2.4.1 功率利用率

        2.4.2 带宽需求

        2.4.3 误时隙率

    2.5 分集合并技术

    2.6 本章小结

第3章 非视距紫外光多次散射特性研究

    3.1 基于蒙特卡洛的紫外光多次散射模型

        3.1.1 蒙特卡洛方法

        3.1.2 改进的紫外光多次散射模型

    3.2 紫外光大气传输信道特性研究

        3.2.1 收发几何参数对脉冲响应的影响

        3.2.2 通信距离对脉冲响应的影响

        3.2.3 收发几何参数对路径损耗的影响

    3.3 雾霾粒子的散射信道分析

        3.3.1 球形粒子的信道特性分析

        3.3.2 非球形粒子的信道特性分析

    3.4 本章小结

第4章 非视距紫外光通信收发关键技术研究

    4.1 非视距紫外光通信光源特性分析

    4.2 非视距紫外光通信调制技术研究

        4.2.1 非视距紫外光通信系统误码特性分析

        4.2.2 非视距紫外光通信调制技术性能仿真分析

        4.2.3 调制驱动设计

    4.3 弱信号接收技术研究

        4.3.1 探测器特性分析

        4.3.2 非视距紫外光通信系统中的分集接收技术

        4.3.3 非视距紫外光通信分集接收技术性能仿真分析

        4.3.4 信号处理模块

    4.4 本章小结

第5章 非视距紫外光通信系统实验测试

    5.1 系统测试方案

    5.2 测试结果分析

        5.2.1 光源性能测试

        5.2.2 系统性能对比分析

    5.3 本章小结

第6章 总结与展望

    6.1 论文的主要工作

    6.2 存在的问题及展望

参考文献

[1]一种低时延的紫外光通信系统设计[J]. 张静,周美玉.  激光杂志. 2020(04)

[2]海面上舰船目标的紫外散射特性研究[J]. 赵婷婷,牛武斌,李良超,李奎,段晓丽,任全年.  红外技术. 2019(08)

[3]基于低压汞灯的紫外光通信多进制调制系统实验[J]. 王鹏晖,汪井源,李建华,刘学治,韦玮.  光通信技术. 2019(08)

[4]雾霾粒子的紫外光散射特性研究[J]. 赵太飞,冷昱欣,赵思婷,宋鹏.  光谱学与光谱分析. 2018(03)

[5]基于蒙特卡罗方法的紫外光大气散射传输模型[J]. 王晓芳,张新,张继真,王灵杰.  激光与光电子学进展. 2017(11)

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[7]紫外光通信及其军事应用前景[J]. 李海涛,李晓毅,叶永桢,韩志强.  信息通信. 2016(12)

[8]基于OPNET的紫外光非视距通信建模与仿真[J]. 陈谋,李晓毅,王申涛,韩辉,马宝红.  电子设计工程. 2016(22)

[9]利用修改的比尔-郎伯定律计算组织吸收对光子平均路径长度的影响（英文）[J]. 尚禹,桂志国.  Journal of Measurement Science and Instrumentation. 2016(02)

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