基于無波前探測的大氣光通信自適應補償方法研究.pdf

1、自由空間光通信（FSO）由于通信容量大、速率高、保密性強等優(yōu)勢成為通信領域的研究熱點和前沿。FSO是以激光為載體在大氣信道中進行信息的傳遞，因而會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，開展大氣湍流下FSO系統(tǒng)的自適應光學補償方法研究，對FSO系統(tǒng)性能改善與提高具有理論意義和實用價值。
　　本文在自適應光學原理、湍流中激光傳輸特性研究基礎上開展了基于無波前探測的自適應光學原理對FSO系統(tǒng)通信性能的改善研究。探討了

2、無波前探測的自適應光學工作原理及系統(tǒng)模型，重點討論了差分進化（DE）、隨機并行梯度下降（SPGD）和模擬退火（SA）算法應用原理，通過對不同均方根相位的校正，驗證了三種算法對畸變波前校正均具有良好的效果。分析了大氣信道對激光傳輸特性的影響，利用Zernike多項式展開法和功率譜反演法產生了Kolmogorov譜下不同強度的大氣湍流相位屏，并對經過湍流傳輸后的光束遠場光強分布進行了仿真計算。由于無波前探測的自適應光學無需波前探測且不受光強

3、閃爍效應的限制，將該原理應用于FSO系統(tǒng)對湍流引起的光束波前畸變進行補償，數(shù)值模擬了基于DE、SPGD和SA算法的無波前探測自適應光學原理在FSO系統(tǒng)中的應用過程。分別討論了DE、SPGD和SA算法中各參數(shù)對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)調至合適數(shù)值后，在得出不同湍流強度下無波前探測自適應光學應用前后接收端光功率基礎上，對比分析了系統(tǒng)誤碼率及光強閃爍指數(shù)的變化。結

4、果表明：基于三種優(yōu)化算法的無波前探測自適應光學原理都可增加FSO系統(tǒng)接收端光功率，進而提高系統(tǒng)耦合效率及信噪比，在與理想光強比值為0.008的噪聲環(huán)境下，系統(tǒng)誤碼率可降低至610以下，但對由小尺度湍流引起的光強閃爍效應未能起到改善效果。通過對三種算法在運行速度、校正效果上進行比較，發(fā)現(xiàn)DE算法在強湍流下校正效果最優(yōu)，但需要的迭代次數(shù)最多，在較強湍流影響下SA比SPGD算法校正效果好，所需迭代次數(shù)比SPGD算法多。因此在實際應用中，應綜合