大气激光通信系统的研究.pdf

重庆理工大学文献综述

文摘：激光信息在大气中的传输是大气光学领域最活跃的研究热点之一。

由于激光本身所具有的高强度、高相干性、高单色性和高方向性等特性，从而有容量
大、波束窄、速度快、保密性好和抗干扰性强等优点，因此激光成为无线光通信中最理想
的载体。

本文概述了大气激光通信的基本原理和发展，介绍了大气激光通信的特点和应用。以
一种能实现计算机间通信（能传输语音和数据）的新型以太网接口大气激光通信系统为例，
结合实验研究，介绍了该系统的发射机和接收机。

并针对大气无线激光通信系统，本文深入地研究了大气湍流信道中随机光强信号的检
测方法，对激光束在大气湍流信道中的传输进行了仿真和建模，并对实际的大气湍流信道
进行了测量。

关键词：大气激光通信光发射终端光接收终端损耗特性激光I.激光通信概述

1960年激光的出现极大地促进了许多学科的发展，其中也包括通信领域激光以其良好
的方向性、相干性及高亮度性等特点成为光通信的理想光源。将激光应用于通信，掀开了
现代光通信史上崭新的一页，成为当今信息传递的主力军。激光通信是以激光光束作为信
息载体的一种通信方式，和传统的电通信一样，它可分为有线激光通信和无线激光通信两
种形式。其中，有线激光通信就是近年来发展迅猛的光纤通信。无线激光通信也可称为自
由空间激光通信，它直接利用激光在大气或太空中进行信号传递，可进行语音、数据、电
视、多媒体图像等信号的高速双向传递。这是目前国际上的一大研究热点，世界上各主要
技术强国正投入大量的人力物力来抢占这一领域的技术优势。根据使用情况，无线激光通
信可分为:点对点、点对多点、环形或网络状通信。在本文中，我们主要研究的是点对点
的通信。此外，根据传输信道的不同，无线激光通信又可分为:大气激光通信、星际(深空)
激光通信和水下激光通信川。大气激光通信是自由空间激光通信的一个分支，它以近地面
大气作为传输媒介，是激光出现后最先研制的一种通信方式。大气激光通信系统主要由光
源、调制器、光发射机、光接收机及附加的电信发送和接收设备等组成，只要相互进行瞄
准即可进行通信。根据所用光源的不同，大气激光通信系统大致可分为半导体激光通信系
统、气体激光通信系统和固体激光通信系统。半导体激光器体积小，重量轻，灵活方便，
但光束发散角稍大，适合于近地面的短距离通信。气体激光通信系统的体积和重量都较大，
但其通信容量也大，光束发散角较小，适合于卫星间的通信和定点之间的大容量通信。因
此，在实践中，根据通信系统在不同应用场合中的要求，合理选取光源。

大气激光通信系统的主要应用及优势

重庆理工大学文献综述
大气激光通信系统是一种无线激光通信系统，具有无线激光通信的优点。与微波通信
系统相比，大气激光通信系统具有不占用频段、通信容量大、传输速率高、抗电磁干扰、
防窃听等优点。此外，与有线通信系统相比，它还具有灵活性强、经济实用、架设速度快、
使用方便、不影响市政建设等优点。随着大气通信技术的日益成熟，该系统的应用将越来
越广泛。根据其特点，可适用于以下场合：

民用上:

①电磁干扰强的场所；②一些不适合布线的地方，如具有纪念意义的古建筑、高风
险的工厂和车间；③线路费用高、施工困难或市政部门审批困难的场合，如道路两侧建
筑物之间、不易架桥的河流两岸之间、山区与偏远山区之间；④一些临时场所，如展厅、
短期租用的商务办公室或临时现场工作环境，可作为有线系统的应急备用系统；

二.本课题国内外的研究现状分析

2.1国际研究概述

国际上大气激光通信的研究是综合卫星、飞机、地面等方面进行的，从事这方面研究
的主要机构在美国、日本和欧洲。由于该系统主要是以国防军为主要目的，因此欧美日的
主要研究机构一般都是国家或军事部门，如美国的航空宇宙航行局(nasa)和美国空军;日
本的邮政省通信研究室(ctl)和宇宙开发事业团(nasda);欧洲的欧洲航天署(esa)等。这里
我们主要介绍世界各公司推出的用于地面无线光通信的已商用化的产品。

美国是世界上第一个开展激光通信技术研究的国家，也是研究技术最前沿的国家之一。
2000年夏天，国际通信巨头朗讯公司推出了光通信商业系统。他们使用四波长波分复用技
术，每个通道的波长速率为2.5Gbps，总容量为logbps，工作距离为5km。2.2日本和欧
洲目前，日本滨松公司已开发出一种内网传输速率为155Mbps的产品；索尼公司已开发出
622Mbps传输速率，具有跟踪和瞄准性能；佳能公司还开发了传输速率为25-622mbso的
DT50产品

此外，英国的pav公司、德国的cbl公司、韩国的taehan公司等多家企业也都各自
推出了不同技术水平的产品。2.3国内研究概况和国际相比，我国的研究相对单一，但对
大气激光通信技术的研究起步并不比国