激光天线语音通信分析论文提纲

论文题目：近地无线激光通信系统电学部分的研究及实验

摘要：近地无线激光通信是指利用激光作为载波在近地空间进行语音、数据、图像信息传输的无线通信方式,又称“自由空间激光通信”（Free Space Optical Communication）。该项技术具备抗干扰能力强;安全性好;设备体积小、重量轻;频谱不受管制等突出优点,是目前中短距宽带应用的新兴解决方案。本课题针对目前国内外FSO系统的研究现状,力求设计并完成一套低成本、高带宽的FSO通信端机,而本文的主要任务是根据课题对FSO系统的要求,分析各个子系统的核心器件,并根据器件的电气特性完成该FSO的电学部分。 本课题的无线激光通信系统主要由一套收发端机组成。单个端机主要由光学系统,信号收发系统以及对准、捕获和跟踪系统组成。其中光学系统用来实现端机信号的空间传输,包括发射天线和接收天线两个部分。发射端机采用了新型的半导体垂直腔面激光器VCSEL作为信号发射装置,选用了相应的驱动芯片并设计完成VCSEL驱动电路,完善的电路设计还可以实现芯片对激光器发射功率的监控和调整以及适当的温度补偿。接收部分则采用了高增益的雪崩二极管APD作为微弱激光信号的接收器件,文章分析了APD的最佳倍增增益,并针对APD设计和完善了温度监测和反向电压偏置电路。 针对FSO系统普遍存在的精确对准和保持困难等问题,本文在详细分析了预对准、粗调、精调和跟踪的实现方法后,设计了PAT子系统的实现方案。该系统采用了位置敏感探测器PSD作为位置误差信息的获取装置,并采用了高反应速度、高分辨率的快速倾斜镜实时调整出射光束以重新对准链路,连续传输信息。 另外,本文还完成了对FSO系统各部分的理论分析和对FSO系统的评价方法,包括系统功率估算函数、链路功率冗余函数,以及大气衰减指数函数。论文的最后说明了课题完成过程中对部分光学系统和电路系统的调试过程和调试结果,实验论证了该FSO系统的可行性。

关键词：无线激光通信;垂直腔面发射激光器;光学天线;雪崩二极管;快速倾斜镜;位置敏感探测器;对准、捕获和跟踪系统

学科专业：通信与信息系统

摘要

Abstract

第一章 绪论

1.1 本论文的研究目的

1.2 大气激光通信技术发展概述

1.3 大气激光通信系统概述

1.3.1 FSO技术优势

1.3.2 FSO主要应用领域

1.3.3 FSO国内外发展现状

1.4 FSO系统研究课题

1.4.1 大气吸收和散射

1.4.2 建筑物摆动(Base motion)

1.4.3 通信距离与信号传输之间的问题

1.4.4 安全问题

1.5 本文的主要工作

第二章 FSO系统理论分析与评估

2.1 FSO系统设计的基本原理

2.2 FSO系统设计的理论分析

2.2.1 发射光场

2.2.2 信号检测及信噪比初步分析

2.2.3 大气信道对激光信号的影响

2.2.4 FSO系统功率理论分析

2.3 FSO系统评估函数

2.3.1 系统功率估算

2.3.2 链路功率冗余对通信距离的函数

2.3.3 大气衰减指数对通信距离的函数

2.3.4 系统具体计算

2.3.5 FSO系统可利用率

本章小结

第三章 FSO系统设计

3.1 FSO系统总体方案设计

3.1.1 系统相关参数的确定

3.1.2 大气窗口与激光器选择

3.1.3 传输功率及激光安全性

3.1.4 光电探测器

3.1.5 光束空间位置探测器的选择

3.2 FSO系统具体设计

3.2.1 收发模块

3.2.2 光学天线

3.2.2.1 发射天线

3.2.2.2 接收天线设计

3.2.2.3 光能损失计算

3.2.3 PAT子系统

3.3 FSO系统工作流程

本章小结

第四章 FSO系统收发端机

4.1 发射端机

4.1.1 发射端机原理框图

4.1.2 激光器

4.1.3 FSO发射模块驱动电路设计

4.1.3.1 MAX3740A的芯片特点和工作流程分析

4.1.3.2 驱动电路设计

4.1.4 发射端机的调试

4.2 接收端机

4.2.1 光电探测器的选择

4.2.2 APD信噪比与最佳倍增增益

4.2.3 FSO接收模块设计

4.2.3.1 信号处理电路设计

4.2.3.2 温度检测电路的理论计算

4.2.4 接收端机的调试

4.3 光学子系统的调试(发射天线调试)

4.3.1 驱动VCSEL的恒流源

4.3.2 发射天线调试结果

本章小结

第五章 PAT子系统

5.1 PAT系统工作原理

5.2 PAT系统器件选择与电路实现

5.2.1 位置敏感探测器的选择及信号处理电路

5.2.1.1 光束空间位置敏感探测器的选择

5.2.1.2 PSD坐标提取电路设计

5.2.2 FSM基本原理及其电路实现

5.2.2.1 FSM原理介绍

5.2.2.2 压电陶瓷微位移柱原理介绍

5.2.2.3 压电陶瓷微位移器驱动电源

5.3 光学子系统调试(接收天线调试)

5.3.1 接收天线光瞳调试

5.3.2 环型反射镜分光调试

5.3.3 APD的能量接收实验

5.3.4 PSD能量接收实验

本章小结

第六章 全文总结

1) 收发模块

2) PAT 模块

3) 系统实验

参考文献

致谢