自由空間光通信技術(shù)的應(yīng)用研究

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1、目錄一概念1二系統(tǒng)構(gòu)成1三自由空間光通信傳輸原理2四空間光通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)24.1光信號(hào)的發(fā)射與接收技術(shù)24.2光束的捕獲、跟蹤、瞄準(zhǔn)技術(shù)（ＡＰＴ）34.3設(shè)備之間的傳輸技術(shù)34.4防輻照技術(shù)3五自由空間光通信研究重點(diǎn)45.1光源45.2發(fā)射和接收天線45.3大氣信道45.4組網(wǎng)及其他技術(shù)45.5保密通信5六自由空間光通信技術(shù)的應(yīng)用56.1淺識(shí)FSO56.2FSO在國內(nèi)外的發(fā)展及應(yīng)用6七自由空間光通信技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)87.1自由空間光通信技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)87.2、FSO存在的主要問題9參考文獻(xiàn)10自由空間光通信技術(shù)的應(yīng)用研究一概念自

2、由空間光通信是一項(xiàng)利用激光為載波,在空間進(jìn)行信息和數(shù)據(jù)傳輸?shù)募夹g(shù)。這種技術(shù)具有良好的通信特性,在信息高速發(fā)展的時(shí)代具有廣闊的發(fā)展前景。自由空間激光通信結(jié)合了光纖通信與微波通信的優(yōu)點(diǎn)，既具有大通信容量、高速傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)，又不需要鋪設(shè)光纖，因此各技術(shù)強(qiáng)國在空間激光通信領(lǐng)域投入大量人力物力，并取得了很大進(jìn)展。二系統(tǒng)構(gòu)成按照功能不同將空間光通信系統(tǒng)分為光源分系統(tǒng)，發(fā)射和接收分系統(tǒng)，瞄準(zhǔn)、捕獲和跟蹤分系統(tǒng)三大模塊。1光源分系統(tǒng)在衛(wèi)星光通信中，通信光源至關(guān)重要。它直接影響天線的增益、探測(cè)器件的選擇、天線直徑、通信距離等參量，因此對(duì)光源子系

3、統(tǒng)研究十分必要。目前應(yīng)用于通信系統(tǒng)的激光器有半導(dǎo)體激光器、固體激光器等。半導(dǎo)體激光器可以產(chǎn)生波長為１．０６μｍ的激光，這是大氣的一個(gè)低此外半導(dǎo)體激光器具損耗窗口，因而可以有效減少激光傳輸中的衰減。有體積小、轉(zhuǎn)換效率高、成本低并可直接調(diào)制的特點(diǎn)，故實(shí)際通信系統(tǒng)一般均采用半導(dǎo)體激光器作光源。2發(fā)射和接收分系統(tǒng)發(fā)射、接收分系統(tǒng)是衛(wèi)星光通信系統(tǒng)的關(guān)鍵子系統(tǒng)之一。光發(fā)射機(jī)大致可認(rèn)為是光源、調(diào)制器和光學(xué)天線的級(jí)聯(lián)，而光接收機(jī)則可看成是解調(diào)器的級(jí)聯(lián)。調(diào)制的作用是將需要發(fā)射的信光學(xué)接收天線和探測(cè)器號(hào)調(diào)制到光載波上；探測(cè)、解調(diào)是通過光電轉(zhuǎn)換器

4、件將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。探測(cè)部分還包括濾波放大部分，該部分也是衛(wèi)星光通信系統(tǒng)中必不可少的。3捕獲、瞄準(zhǔn)和跟蹤分系統(tǒng)捕獲、瞄準(zhǔn)、跟蹤分系統(tǒng)是空間光通信系統(tǒng)中非常重要的分系統(tǒng)之重點(diǎn)。激光空間通信與微波等無線通信方一，也是空間光通信的難點(diǎn)、式不同，是近似的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信，所以發(fā)送光必須準(zhǔn)確地到達(dá)接收機(jī)探測(cè)器上。用調(diào)整發(fā)送的激光瞄準(zhǔn)一個(gè)特定方向的過程稱之為對(duì)準(zhǔn)，確定入射光到達(dá)目標(biāo)方向的接收過程稱之為捕獲，調(diào)整整個(gè)通信過程中對(duì)準(zhǔn)和捕獲的動(dòng)態(tài)變化過程稱之為跟蹤。在進(jìn)行空間激光通信時(shí)，要盡量減少信道中的衰減和干擾因素的影響，同時(shí)要求通信具有較

5、高的傳輸碼率和較高的保密性能。11三自由空間光通信傳輸原理大氣傳輸激光通信系統(tǒng)是由兩臺(tái)激光通信機(jī)構(gòu)成的通信系統(tǒng)，它們相互向?qū)Ψ桨l(fā)射被調(diào)制的激光脈沖信號(hào)（聲音或數(shù)據(jù)），接收并解調(diào)來自對(duì)方的激光脈沖信號(hào)，實(shí)現(xiàn)雙工通信。圖所示的是一臺(tái)激光通信機(jī)的原理框圖。圖中系統(tǒng)可傳遞語音和進(jìn)行計(jì)算機(jī)間數(shù)據(jù)通信。受調(diào)制的信號(hào)通過功率驅(qū)動(dòng)電路使激光器發(fā)光，從而使載有語音信號(hào)的激光通過光學(xué)天線發(fā)射出去。另一端的激光通信機(jī)通過光學(xué)天線將收集到的光信號(hào)聚到光電探測(cè)器上，然后將這一光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再將信號(hào)放大，用閾值探測(cè)方法檢出有用信號(hào)，再經(jīng)過解調(diào)電路

6、濾去基頻分量和高頻分量，還原出語音信號(hào)，最后通過功放經(jīng)耳機(jī)接收，完成語音通信。當(dāng)開關(guān)K擲向下時(shí)，可傳遞數(shù)據(jù)，進(jìn)行計(jì)算機(jī)間通信，這相當(dāng)于一個(gè)數(shù)字通信系統(tǒng)。它由計(jì)算機(jī)、接口電路、調(diào)制解調(diào)器、大氣傳輸信道等幾部分組成。接口電路將計(jì)算機(jī)與調(diào)制解調(diào)器連接起來，使兩者能同步、協(xié)調(diào)工作；調(diào)制器把二進(jìn)制脈沖變換成或調(diào)制成適宜在信道上傳輸?shù)牟ㄐ?，其目的是在不改變傳輸結(jié)果的條件下，盡量減少激光器的發(fā)射總功率；解調(diào)是調(diào)制的逆過程，把接收到的已調(diào)制信號(hào)進(jìn)行反變換，恢復(fù)出原數(shù)字信號(hào)將其送到接口電路；同步系統(tǒng)是數(shù)字通信系統(tǒng)中的重要組成部分之一，其作用是

7、使通信系統(tǒng)的收、發(fā)端有統(tǒng)一的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)，步調(diào)一致。四空間光通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)4.1光信號(hào)的發(fā)射與接收技術(shù)4.1.1高功率激光器技術(shù)自由空間光通信系統(tǒng)對(duì)激光器的要求遠(yuǎn)高于光纖通信，主要有以下三個(gè)要求：（１）波長必須滿足空間傳輸?shù)牡蛽p耗窗口，如大氣通信的８２０ｎｍ、２８６０ｎｍ和１６００ｎｍ波長區(qū)。大多采用半導(dǎo)體激光器或ＬＤ泵浦的Ｎｄ∶ＹＡＧ固體激光器為信號(hào)光和信標(biāo)光光源；（２）高功率激光器，由于空間光通信的傳輸距離一般都比較遠(yuǎn)，因此傳輸過程中存在嚴(yán)重的損耗，如衛(wèi)星激光通信的發(fā)射和接收信號(hào)能量一般相差９個(gè)數(shù)量級(jí)，所以在兩點(diǎn)間建立可

8、靠的低誤碼通信線路，必須具有功率足夠大的激光器。其中利用光纖放大器也是一個(gè)解決方法；（３）窄光束，現(xiàn)有系統(tǒng)一般對(duì)于光束的要求１０μｒａｄ，所以高功率的ＬＤ必須以衍射極限光束輸出。4．1．2發(fā)射機(jī)激光器超高速率調(diào)制技術(shù)目前各國空間激光通信實(shí)驗(yàn)的碼率都在１Ｇｂ／ｓ以上，而且在不斷提高，為了增大