基于無(wú)波前探測(cè)的大氣光通信自適應(yīng)補(bǔ)償方法研究.pdf

1、自由空間光通信（FSO）由于通信容量大、速率高、保密性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)成為通信領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和前沿。FSO是以激光為載體在大氣信道中進(jìn)行信息的傳遞，因而會(huì)受到大氣湍流的影響。為了減小大氣湍流引起的通信性能的降低，開(kāi)展大氣湍流下FSO系統(tǒng)的自適應(yīng)光學(xué)補(bǔ)償方法研究，對(duì)FSO系統(tǒng)性能改善與提高具有理論意義和實(shí)用價(jià)值。
　　本文在自適應(yīng)光學(xué)原理、湍流中激光傳輸特性研究基礎(chǔ)上開(kāi)展了基于無(wú)波前探測(cè)的自適應(yīng)光學(xué)原理對(duì)FSO系統(tǒng)通信性能的改善研究。探討了

2、無(wú)波前探測(cè)的自適應(yīng)光學(xué)工作原理及系統(tǒng)模型，重點(diǎn)討論了差分進(jìn)化（DE）、隨機(jī)并行梯度下降（SPGD）和模擬退火（SA）算法應(yīng)用原理，通過(guò)對(duì)不同均方根相位的校正，驗(yàn)證了三種算法對(duì)畸變波前校正均具有良好的效果。分析了大氣信道對(duì)激光傳輸特性的影響，利用Zernike多項(xiàng)式展開(kāi)法和功率譜反演法產(chǎn)生了Kolmogorov譜下不同強(qiáng)度的大氣湍流相位屏，并對(duì)經(jīng)過(guò)湍流傳輸后的光束遠(yuǎn)場(chǎng)光強(qiáng)分布進(jìn)行了仿真計(jì)算。由于無(wú)波前探測(cè)的自適應(yīng)光學(xué)無(wú)需波前探測(cè)且不受光強(qiáng)

3、閃爍效應(yīng)的限制，將該原理應(yīng)用于FSO系統(tǒng)對(duì)湍流引起的光束波前畸變進(jìn)行補(bǔ)償，數(shù)值模擬了基于DE、SPGD和SA算法的無(wú)波前探測(cè)自適應(yīng)光學(xué)原理在FSO系統(tǒng)中的應(yīng)用過(guò)程。分別討論了DE、SPGD和SA算法中各參數(shù)對(duì)算法收斂速度及收斂極值的影響，根據(jù)校正后光束斯特列爾比的變化規(guī)律給出了參數(shù)合適的取值范圍。將三種算法參數(shù)調(diào)至合適數(shù)值后，在得出不同湍流強(qiáng)度下無(wú)波前探測(cè)自適應(yīng)光學(xué)應(yīng)用前后接收端光功率基礎(chǔ)上，對(duì)比分析了系統(tǒng)誤碼率及光強(qiáng)閃爍指數(shù)的變化。結(jié)

4、果表明：基于三種優(yōu)化算法的無(wú)波前探測(cè)自適應(yīng)光學(xué)原理都可增加FSO系統(tǒng)接收端光功率，進(jìn)而提高系統(tǒng)耦合效率及信噪比，在與理想光強(qiáng)比值為0.008的噪聲環(huán)境下，系統(tǒng)誤碼率可降低至610以下，但對(duì)由小尺度湍流引起的光強(qiáng)閃爍效應(yīng)未能起到改善效果。通過(guò)對(duì)三種算法在運(yùn)行速度、校正效果上進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)DE算法在強(qiáng)湍流下校正效果最優(yōu)，但需要的迭代次數(shù)最多，在較強(qiáng)湍流影響下SA比SPGD算法校正效果好，所需迭代次數(shù)比SPGD算法多。因此在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)綜合