近海层大气湍流对舰船激光通信的影响.pdf

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1、第36卷第6期2014年6月舰船科学技术SHIPSCIENCEANDTECHNOLOGYV01．36．No．6Jun．，2014近海层人气湍流对舰船激光通信的影响郭谊1，隋波2(1．海军大连舰艇学院，辽宁大连116000；2．海军驻大连地区军事代表室，辽宁大连116000)摘要：近海层大气湍流对舰船激光通信有重要的影响。本文基于Kolmogorov和Rytov大气湍流理论，推导适用于描述强、弱湍流条件下信噪比及误码率的理论模型，结合舰船通信的物理条件进行数值仿真，同时分析在相应湍流强度下大气湍流对不同波长激光通信性能指标的影响，并提出提高通信质量的措施。关

2、键词：近海层大气湍流；激光通信；对数振幅起伏中图分类号：TN929．1文献标识码：A文章编号：1672—7649(2014)06—0060—03doi：10．3404／j．issn．1672—7649．2014．06．011InfluenceofatmosphericturbulenceoverseaonlasercommunicationbetweentheshipsGUOYil，SUIBo。(1．DalianNavalAcademy，Dalian116000，China：2．DalianNavalRepresentativeOffice，Dalian1

3、6000，China)Abstract：TheatmosphericturbulenceoverseahasanimportanteffectonLasercommunicationbetweentheships．BasedonKolmogorovandRytov7Sturbulencetheory，thispaperderivedthetheoreticmodelofthesignal—to—noise(SNR)andbiterrorrate(BER)forthestrongorteebleturbulence．Itsimulatednumericall

4、ywiththeparametersofcommunicationbetweentheshipsandanalyzedtheeffectofatmosphericturbulencewithdifferentwavelength．Attheend，thepaperadvancedthemeasuresforimprovingcommunicationquality．Keywords：atmosphericturbulenceoversea；lasercommunication；deviationoflog—amplitude0引言近年来，随着海洋大气边界层

5、各气象要素观测资料的逐步健全，对热带海洋大气边界层湍流结构、湍流输送特征的研究也取得重大突破。同时，自由空问光通信由于具有容量大、数据率高、体积重量小、抗电磁干扰能力强、保密性好、成本低等优点，从而使激光通信在近海层的实际应用也越来越广泛。因此研究近海层大气湍流特性对激光链路通信的影响具有重要意义。本文通过对不同大气湍流强度下激光通信链路性能指标(信噪比和误码率)的数值仿真，分析了引起性能下降的主要因素，并提出改善措施。1近海层大气湍流近海层大气湍流交换过程是指海气相互作用，收稿日期：2013—09—13：修回日期：2013—12—02作者简介：郭谊(19

6、80一)，男，工程师，从事舰艇通信指挥教学。海洋与大气之问的动量、能量和物质的湍流交换与近海层的大气湍流结构有密切的关系。而由海面大气运动产生的大气湍流会引起大气的光学折射率出现随机变化，从而导致大气传播的激光出现光束漂移、光强闪烁、光路扩展等现象，引起光信号接收受到干扰并且扩大通信误码率，从而严重影响舰船大气激光通信的稳定性和可靠性。因此在设计舰船激光通信链路时，必须对具体传输环境中大气对激光通信的影响进行研究分析。2传输过程模拟激光在近海面大气信道中传输，大气湍流对其影响可以用Kolmogorov和Rytov的理论进行模拟。基于Rytov理论，平面波在

7、自由介质中的传播公式为：E。(r)=A。(r)exp(i妒。(r))。(1)第6期郭谊，等：近海层大气湍流对舰船激光通信的影响·61·式中：4。(r)为激光在无大气湍流条件下的振幅；E。(r)为激光电磁场分布；妒。为光波相位。而大气湍流折射率变化引起的光强起伏是影响光信号削弱的最重要因素，即大气折射率的改变引起激光光束分布的变化。具体传播方程可表示为：E(r)=A(r)exp(i妒(r))=E。(r)exp(西)。(2)其中4(r)为激光光束在湍流中传输时的振幅。式中的西为：虻[册卜(加)Ⅶ㈩)=疋+it：。(3)式中：疋为大气湍流引起的对数振幅起伏；亭为

8、光波相位起伏。2．1弱湍流情况弱湍流是指大气折射率常数c：≤10。