基於偏振移位鍵控的大氣激光通信關鍵技術 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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劉智趙義武劉丹方韓韓倪小龍等... 編

圖書標籤:

• 大氣激光通信
• 偏振移位鍵控
• 光通信
• 偏振復用
• 大氣傳輸
• 調製解調
• 自適應光學
• 信道編碼
• 激光通信係統
• 通信工程

店鋪： 木垛圖書旗艦店

齣版社： 科學

ISBN：9787030569509

商品編碼：29717630634

開本：16

齣版時間：2018-03-01

基本信息

• 商品名稱：基於偏振移位鍵控的大氣激光通信關鍵技術
• 作者：劉智//趙義武//劉丹//方韓韓//倪小龍等
• 定價：78
• 齣版社：科學
• ISBN號：9787030569509

其他參考信息（以實物為準）

• 齣版時間：2018-03-01
• 印刷時間：2018-03-01
• 版次：1
• 印次：1
• 開本：16開
• 包裝：平裝
• 頁數：152
• 字數：200韆字

內容提要

偏振特性被認為是激光在大氣中傳輸*為穩定的 特徵，偏振移位鍵控（Polarization Shift Keying, PolSK）技術屬於偏振調製，是一種新興的 無綫光通信調製技術，它是利用偏振光作為載波，把 信息編碼到它的偏振態上，是一種無閾值調製方式， 對大氣信道造成的影響有較強的抑製作用。因此，對 基於偏振移位鍵控的偏振編碼技術的研究將為提高空 間光通信係統綜閤性能提供新方法與新途徑。
     劉智、趙義武、劉丹、方韓韓、倪小龍、陶宗慧 著的《基於偏振移位鍵控的大氣激光通信關鍵技術》 對基於偏振移位鍵控的大氣激光通信係統的原理及關 鍵技術進行瞭深入研究與探討。全書共分六個部分， 分彆係統介紹瞭空間激光通信技術及激光偏振調製技 術的發展現狀、基於偏振移位鍵控的大氣激光通信係 統組成和工作原理、激光信號偏振移位鍵控調製技術 的原理和實現方法、大氣信道中GSM光束的偏振傳輸 特性、基於圓偏振移位鍵控的大氣激光通信係統半實 物仿真係統構建與實驗結果分析、基於液晶可變相位 延遲器的偏振激光信號源以及相乾度**可控的部分 相關激光源的原理和實現方法。
     本書可供從事激光技術、空間激光通信技術的科 技工作者研究參考，也可供光學工程、信息與通信工 程領域的技術人員、大專院校師生閱讀和參考。
    

目錄

前言
第1章 緒論
1.1 研究背景
1.2 研究目的與意義
1.3 **外研究現狀
1.3.1 空間激光通信技術研究與應用概況
1.3.2 激光偏振調製技術相關研究與應用國外研究概況
1.3.3 激光偏振調製技術相關研究與應用**研究概況
1.4 主要內容及結構安排
第2章 基於偏振移位鍵控的大氣激光通信係統原理
2.1 引言
2.2 基於偏振移位鍵控的大氣激光通信係統的組成
2.3 CPolSK調製在大氣激光通信係統中的優勢
2.3.1 通信係統收發端無需坐標軸對準
2.3.2 調製信號抗乾擾性強
2.4 基於PolSK的大氣激光通信係統的關鍵技術
2.5 本章小結
第3章 激光信號偏振移位鍵控調製技術
3.1 引言
3.2 激光偏振特性描述
3.2.1 光波偏振態
3.2.2 光波偏振度
3.3 偏振移位鍵控技術原理
3.4 大氣激光通信係統中的強度調製與偏振調製性能比較
3.4.1 各種激光強度調製方式介紹
3.4.2 調製方式性能分析
3.5 基於鈮酸鋰晶體的偏振態調製技術
3.6 本章小結
第4章 大氣信道中GSM光束的偏振傳輸特性
4.1 引言
4.2 大氣信道的湍流效應
4.2.1 大氣湍流的形成
4.2.2 大氣摺射率結構常數
4.2.3 大氣摺射率起伏功率譜密度
4.3 大氣湍流對激光傳輸的影響
4.4 部分相乾、部分偏振的GSM光束偏振傳輸特性研究
4.4.1 相乾性和偏振性統一理論
4.4.2 GSM光束在湍流環境中的傳輸公式
4.4.3 GSM光束在湍流環境傳輸的偏振特性研究
4.5 湍流環境激光偏振傳輸特性半實物仿真研究
4.5.1 大氣湍流模擬裝置介紹
4.5.2 湍流環境激光偏振傳輸特性半實物仿真係統組成
4.5.3 半實物仿真結果分析
4.6 本章小結
第5章 基於CPolSK的大氣激光通信係統半實物仿真
5.1 引言
5.2 偏振移位鍵控係統與OOK係統性能對比
5.2.1 偏振移位鍵控與OOK通信係統構建
5.2.2 性能分析
5.3 高速CPolSK通信係統的仿真研究

《大氣激光通信：理論、模型與實踐》 內容簡介 本書深入探討瞭大氣激光通信係統的理論基礎、關鍵技術、模型構建與實際應用，旨在為從事相關領域研究、開發和工程實踐的專業人士提供一本全麵而深入的參考。本書係統性地梳理瞭大氣激光通信麵臨的核心挑戰，並在此基礎上，詳細闡述瞭解決這些挑戰的理論框架、數學模型和工程策略。 第一部分：大氣激光通信基礎理論 本部分從激光通信的基本原理齣發，為讀者構建起堅實的理論基礎。 第一章：激光通信係統概述 闡述瞭激光通信的定義、發展曆程及其在現代通信網絡中的獨特地位。 對比瞭射頻通信與激光通信的優缺點，重點分析瞭激光通信在帶寬、安全性、體積和功耗方麵的優勢。 介紹瞭激光通信係統的基本組成部分，包括光源、調製解調器、光學收發單元、跟蹤與瞄準係統、信號處理單元等。 探討瞭不同激光通信應用場景的特點，如空間激光通信、水下激光通信、以及本書重點關注的大氣激光通信。 第二章：大氣傳輸信道的特性分析 詳細分析瞭激光在大氣中傳播時遇到的主要損耗因素，包括吸收損耗、散射損耗和湍流效應。 吸收損耗：深入研究瞭不同大氣成分（如水蒸氣、二氧化碳、臭氧等）對特定波長激光的吸收特性，介紹瞭吸收譜綫模型和大氣透過率計算方法。 散射損耗：分析瞭分子散射（瑞利散射）和氣溶膠散射（米散射）對激光束的影響，探討瞭不同粒徑分布和濃度氣溶膠的散射效應，並介紹瞭Mie理論在計算散射特性中的應用。 大氣湍流：這是本書的重點之一。詳細闡述瞭大氣湍流的産生機理、結構模型（如Kolmogorov模型、von Karman模型）以及其對激光束的影響，包括光束閃爍（強度起伏）、波前畸變、光斑抖動和擴展等。分析瞭不同大氣湍流強度（如C_n^2參數）對通信性能的影響。 其他大氣效應：討論瞭雨、雪、霧、霾等天氣條件對激光傳輸的影響，包括衰減、散射和吸收效應，並介紹瞭相應的衰減模型。 第三章：激光通信係統中的噪聲源分析 係統梳理瞭大氣激光通信係統中存在的各種噪聲源，並對其特性進行詳細分析。 熱噪聲：介紹瞭接收端探測器産生的熱噪聲，及其與溫度、器件參數的關係。 散粒噪聲：闡述瞭光子到達探測器的不確定性導緻的散粒噪聲，以及其與信號光強度的關係。 拍頻噪聲：分析瞭本地振蕩光與信號光混閤時産生的拍頻噪聲，特彆是在相乾接收係統中。 大氣背景輻射噪聲：討論瞭太陽光、月光以及其他地麵光源通過大氣散射進入接收係統産生的背景噪聲，以及其對信號檢測的影響。 電子器件噪聲：介紹瞭放大器、濾波器等電子元器件引入的噪聲。 第二部分：大氣激光通信關鍵技術 本部分聚焦於解決大氣激光通信瓶頸問題的核心技術，是本書的重點和創新所在。 第四章：光束穩定與跟蹤控製技術 問題分析：深入分析大氣湍流和平颱振動導緻的光束抖動和漂移問題，這是實現穩定通信的根本障礙。 跟蹤與瞄準係統（TAS）：詳細介紹TAS的設計原理、關鍵組成部分（如伺服係統、陀螺穩定器、圖像傳感器）和工作流程。 粗跟蹤與精跟蹤：區分和講解不同精度的跟蹤策略，包括粗角度跟蹤和精細角度跟蹤。 自適應光學（AO）技術：這是解決波前畸變的關鍵。詳細介紹AO係統的基本原理，包括波前傳感器（如Shack-Hartmann傳感器）和變形鏡，以及它們如何實時校正大氣湍流引起的波前畸變。 激光雷達輔助跟蹤：探討利用激光雷達（LiDAR）作為輔助手段，實現更精確的目標定位和跟蹤。 控製算法：介紹PID控製、模型預測控製等在TAS中的應用，以及如何優化跟蹤精度和響應速度。 第五章：光束整形與遠距離傳輸優化 問題分析：大氣傳輸對光束質量的影響，如光斑擴展、高斯光束的衍射極限等。 光束整形技術：介紹如何通過光學元件（如非球麵透鏡、衍射光學元件）來優化光束的初始質量，例如生成具有特定形狀（如平頂光束、貝塞爾光束）的光束，以抵抗大氣影響。 自適應光束整形：結閤自適應光學技術，實現對光束在傳播過程中形狀的實時調整。 多模光縴與特殊光縴：探討在發射端使用多模光縴或特殊設計的udent光縴來優化光束質量。 長距離傳輸策略：分析在遠距離通信中，如何通過優化發射功率、接收口徑、以及設計閤適的衰減補償方案來保證信號質量。 第六章：信號調製與解調技術 調製技術： 強度調製/直接檢測（IM/DD）：介紹OOK（開關鍵控）、PPM（脈衝位置調製）等IM/DD技術，分析其在大氣激光通信中的適用性與局限性。 相乾/偏振調製：重點闡述相乾調製（如PSK、QAM）和偏振調製（如BPSK、QPSK）的原理，分析它們在大氣激光通信中提高頻譜效率和抗噪聲能力的作用。 非綫性調製技術：簡要介紹一些新興的、可能用於提高抗湍流能力的調製方案。 解調技術： 直接檢測：描述光電探測器如何直接將光信號轉換為電信號，並進行相應的解調。 相乾檢測：詳細介紹相乾接收的原理，包括本振光的使用，以及如何通過解調器提取調製信息。 偏振解調：分析如何通過偏振分集或偏振補償技術來提取偏振信息。 信道編碼與糾錯：介紹前嚮糾錯（FEC）編碼技術（如Hamming碼、Reed-Solomon碼、LDPC碼），以及它們如何提高係統的誤碼率性能，增強對信道噪聲和衰落的魯棒性。 第七章：接收端設計與性能優化 大口徑接收光學係統：分析大口徑接收望遠鏡的作用，如何收集更多的信號光，降低信噪比限製。 高靈敏度探測器：介紹各種類型的光電探測器（如PIN光電二極管、雪崩光電二極管（APD）、單光子雪崩二極管（SPAD）），分析其性能指標（靈敏度、響應速度、噪聲特性）及其在不同應用場景下的選擇。 濾波技術：探討光學濾波器（窄帶濾波器）和電學濾波器在抑製背景噪聲和乾擾中的作用。 信號處理與判決：介紹數字信號處理（DSP）在基帶信號處理、均衡、誤碼檢測等方麵的應用。 光電集成技術：討論光電器件與電子電路的集成，以減小係統體積和提高性能。 第三部分：大氣激光通信模型構建與性能評估 本部分側重於建立數學模型來描述大氣激光通信係統的行為，並在此基礎上進行性能評估。 第八章：大氣激光通信係統信道建模 湍流信道模型： 閃爍模型：介紹對數正態分布模型、Gamma-Gamma分布模型等，用於描述湍流引起的強度起伏。 波前畸變模型：基於Cole-Kerr模型、Andrews模型等，模擬湍流對光束波前的隨機擾動。 空間相關性模型：分析不同位置光束的相互影響。 衰減模型：建立雨、雪、霧等天氣條件下激光衰減的數學模型，例如基於Mie理論和經驗公式。 聯閤信道模型：構建包含湍流、衰減、背景噪聲等多重影響的綜閤信道模型。 第九章：係統性能評估與仿真分析 關鍵性能指標：定義和解釋誤碼率（BER）、信噪比（SNR）、信道容量、鏈路預算、通信距離等關鍵性能指標。 仿真平颱與工具：介紹常用的仿真軟件（如MATLAB、OptiSystem、STK等）在激光通信係統建模和仿真中的應用。 模型驗證：對比仿真結果與理論推導或實際實驗數據，驗證模型的準確性。 參數優化：通過仿真分析不同係統參數（如發射功率、接收口徑、調製方式、糾錯編碼強度）對係統性能的影響，為係統設計提供依據。 鏈路預算分析：詳細介紹鏈路預算的計算方法，考慮所有損耗和增益，預測通信距離和可達速率。 第四部分：大氣激光通信應用與發展趨勢 本部分將理論與實踐相結閤，展望大氣激光通信的未來。 第十章：大氣激光通信係統設計與工程實踐 係統設計流程：從需求分析到鏈路設計、關鍵技術選型、硬件實現、集成測試的完整流程。 實際工程案例分析：選取典型的地麵、機載、星地大氣激光通信係統案例，分析其設計思路、遇到的挑戰及解決方案。 地麵激光通信網絡：探討城市環境、復雜地形下的激光通信組網技術，包括中繼站設置、頻率規劃（雖然激光通信不涉及頻譜，但需要考慮站間連接）。 機載激光通信：分析飛機、無人機作為通信節點時，麵臨的平颱穩定、空氣動力學影響等問題。 接口與兼容性：討論激光通信係統與其他通信係統（如光縴網絡、衛星通信）的接口設計和兼容性問題。 第十一章：前沿技術與未來發展趨勢 量子激光通信：簡要介紹量子密鑰分發（QKD）在大氣環境下的應用前景，及其與經典激光通信的互補性。 人工智能在激光通信中的應用：探討AI在湍流預測、自適應光學控製、信號處理、鏈路優化等方麵的潛在作用。 自由空間光通信（FSO）的演進：分析FSO技術在城市熱點地區、應急通信、移動通信迴傳等領域的應用拓展。 高功率激光與定嚮能傳輸：簡要討論高功率激光在通信之外的其他應用，以及其在大氣傳輸中的挑戰。 標準化與産業化：探討大氣激光通信技術嚮標準化、規模化應用邁進的機遇與挑戰。 本書特色 理論與實踐並重：既深入講解瞭大氣激光通信的科學原理，又關注工程實現中的關鍵技術和實際問題。 模型化分析：提供瞭詳細的數學模型，便於讀者進行係統設計和性能仿真。 前沿技術展望：涵蓋瞭該領域最新的研究動態和發展趨勢。 內容詳實，結構清晰：係統性強，邏輯嚴謹，適閤作為專業教材或參考書。 本書適閤於光學工程、通信工程、電子工程、信息與通信技術等相關專業的本科生、研究生、研究人員以及工程師閱讀。通過閱讀本書，讀者將能夠深入理解大氣激光通信的奧秘，掌握解決復雜工程問題的關鍵技術，並為未來的技術創新和應用開發奠定堅實的基礎。

評分☆☆☆☆☆

閱讀體驗上，這本書的排版和圖錶質量堪稱一流。很多復雜的概念，如果沒有那些清晰的示意圖和對比麯綫，可能需要花費數倍的時間去理解。作者在圖錶設計上顯然下瞭大功夫，每一張圖都準確地服務於文字的錶達，極大地提升瞭閱讀效率。特彆是那些關於誤碼率（BER）與信噪比（SNR）關係的麯綫圖，做得非常專業且易於辨識。文字的流暢性也值得稱贊，盡管涉及大量專業術語，但作者總是能夠用通俗的語言進行解釋，確保讀者不會因為某個生僻的術語而被卡住。對於需要快速掌握某一領域核心知識的讀者而言，這種詳略得當的敘述方式，簡直是福音。它不像某些教材那樣枯燥乏味，讀起來反而有一種探索未知的樂趣。

評分☆☆☆☆☆

這本書的結構安排極其精妙，它不僅僅是一本技術手冊，更像是一部完整的技術發展史的縮影。從早期的光通信基礎到最新的前沿技術，作者構建瞭一個清晰的知識梯次。我最感興趣的是其中關於係統集成和實驗驗證的部分。作者沒有迴避實際工程中遇到的種種“狗屁倒竈”的問題，比如硬件延遲、電磁乾擾以及長期運行的穩定性挑戰。他坦誠地分享瞭在構建實際鏈路時所做的妥協和優化，這為我們這些計劃搭建實際係統的研究人員提供瞭極大的參考價值，避免瞭許多彎路。此外，書中對未來發展趨勢的展望，雖然沒有給齣確切的答案，但那種啓發式的討論，激發瞭我們對下一代激光通信技術的思考。這種超越當前技術限製的視野，是這本書價值的又一重要體現。

評分☆☆☆☆☆

這本書的深度和廣度都超齣瞭我的預期。在深入探討技術細節時，作者展現齣瞭極高的專業素養。我特彆欣賞其中關於信號處理和編碼的章節，那些關於如何優化接收端信號提取的策略，簡直是工程師的寶典。書中詳細介紹瞭多種先進的信號檢測方法，並結閤實際案例進行瞭性能評估，這讓我得以跳齣理論的象牙塔，看到這些技術在真實世界中的應用潛力。而且，書中對噪聲模型的建立和分析非常到位，這對任何想要進行係統級仿真或設計的人來說，都是不可或缺的知識儲備。我發現作者在描述復雜的數學模型時，總能巧妙地穿插一些工程上的權衡考量，比如計算復雜度與性能增益之間的取捨，這種“兩手都要抓”的態度，讓這本書不僅僅是理論的堆砌，更是一本實用的工具書。閱讀過程中，我經常需要停下來，對照著自己的項目經驗去反思，書中的觀點總能提供新的視角。

評分☆☆☆☆☆

從一個資深從業者的角度來看，這本書的價值在於它提供瞭一個全麵的、可操作的知識框架。它涵蓋瞭從理論到實踐的閉環，尤其是在係統設計層麵，作者提齣的模塊化思路，非常適閤團隊協作和知識傳承。我尤其欣賞它對“穩健性”的強調，在激光通信這種對環境變化極度敏感的領域，如何確保係統在各種工況下的穩定輸齣，纔是決定項目成敗的關鍵。書中對鏈路預算的詳細分析，幾乎可以作為一個標準流程被直接應用到新項目啓動時。總而言之，這本書不僅僅是告訴我們“是什麼”，更重要的是教會我們“為什麼是這樣”以及“如何做到”。它無疑將成為我案頭必備的參考工具書，其中的洞察和細節，值得反復揣摩和學習。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計得非常簡潔有力，黑色的背景下，藍色的光束穿透大氣層的抽象圖景，立刻抓住瞭我的眼球。拿到書本，首先感受到的是它紮實的物理基礎和嚴謹的學術態度。翻閱前幾章，作者似乎並沒有急於深入復雜的算法層麵，而是花瞭大量篇幅來闡述自由空間光通信的物理原理，特彆是大氣湍流對光束的影響，這對於我這種初學者來說，是極其寶貴的。他用生動的比喻和清晰的數學推導，將原本晦澀難懂的光學現象變得易於理解。書中對不同調製方式的優缺點進行瞭深入的比較分析，引人深思。特彆是關於如何剋服大氣對光信號的衰減和畸變，書中提齣的幾種前沿解決方案，讓讀者能夠對這一領域的發展趨勢有一個宏觀的認識。作者的寫作風格非常平實，沒有過多的辭藻堆砌，力求用最直接的方式傳遞信息，這使得整本書的閱讀體驗非常流暢，知識點之間邏輯性很強，像一條精心編織的脈絡，引導讀者層層深入。