光信号在海水信道中传输时, 受其散射影响导致多径传输, 使接收到的信号发生时域展宽。分析了水下无线光传输的散射特性, 利用蒙特卡洛统计方法, 仿真了激光冲激信号在近海海水中的时域展宽特性; 通过拟合不同脉宽的光信号, 得到了近海海水中无线光传输的时域展宽模型。结果表明, 在近海中冲激信号的时域展宽随传输距离的增加而快速增加, 在一定范围内为高斯函数, 且近海中光信号的传输距离与传输速率呈指数衰减的关系。
无线光传输 蒙特卡洛 时域展宽 传输速率 wireless optical transmission Monte Carlo time-domain broadening transmission rate
海军工程大学兵器工程系, 湖北 武汉 430033
时域展宽是脉冲激光在水下传输时的重要特性，直接影响蓝绿激光对潜通信和水下激光成像等水下光电应用的性能。推导了选通深度曲线的特征参数与脉冲激光回波波形参数和增强型电荷耦合器件(ICCD)选通波形参数的关系，从而提出了基于选通深度曲线的脉冲激光水下传输时域展宽测量方法。利用所搭建的高重频脉冲激光水下成像系统，在大型室内船池中进行实验测量。结果表明，所提方法能够有效完成脉冲激光在水下传输时的时域展宽测量，尤其适用于远距离传输的情况。
测量 水下光电探测 时域展宽 选通深度曲线 方差
1 遵义医学院 医学信息工程系, 贵州 遵义 563000
2 北京邮电大学 信息与通信工程学院, 北京 100086
3 北京邮电大学 信息光子学与光通信国家重点实验室, 北京 100086
模数转换器的采样速率和模拟带宽能通过预处理器得到提高。时域展宽就是一个可以提高电子数字转换器性能的技术,它是将模拟信号在数字化前减缓其速度,以实现实时采样。我们证明了1.56TSa/s超高采样率的实时模数转换器,它是通过基于大色散光子晶体光纤的时域展宽预处理完成的。该预处理器利用了大色散光子晶体光纤,将高速的光载波在时域进行大比例展宽,在数字化时处理的是被展宽的信号,因此可以得到超高的采样率。基于大色散光子晶体光纤的时域展宽预处理器不仅能大大缩短所用光纤长度,减小光纤传输损耗,而且还能减少多个掺铒光纤放大器对载波信号带来的畸变。
模数转换 时域展宽 光子晶体光纤 预处理器 analog-to-digital converter (ADC) time stretch photonic crystal fiber (PCF) preprocessor
燕山大学 信息科学与工程学院, 河北 秦皇岛 066004
针对激光脉冲在水下传输时导致脉冲的时域展宽, 严重地影响了水下激光通信的性能。以蒙特卡罗模拟为手段, 在一定的水质条件下, 对激光脉冲经过不同传输距离后的脉冲宽度进行了计算机模拟, 模拟结果与实验测量数据相符, 精确度高于其他方法, 该方法尤其适用于激光脉冲远距离传输的情况, 证明了该方法可准确地计算激光脉冲展宽后的脉宽值, 能有效地提高水下激光通信的性能。
水下激光通信 时域展宽 蒙特卡罗 散射作用 underwater laser communication time-domain broadening Monte Carlo simulation scattering function
为了扫描时既减少“切片”数目又保证图像质量, 采用一种用于距离选通水下激光成像的变步长的延迟递增方法, 首先通过辐射探测理论和景深原理确定接收镜头的焦距和对焦位置以及系统需要扫描的范围, 再依据水下激光脉冲时域展宽理论确定延迟递进的步长和相应的选通门宽, 最后进行了仿真计算和实验。结果表明, 在保证图像质量的同时, 基于该方法的距离选通成像系统可在7个脉冲成像内完成对15m到48-6m范围的扫描。实验结果证明了该方法的有效性, 从而为距离选通技术的实用化发展提供了有益的尝试。
成像系统 变步长扫描 时域展宽 距离选通 imaging system variable step scan time-domain broadening range-gated
Author Affiliations
Abstract
1 Department of Weaponry Engineering, Naval University of Engineering, Wuhan 430033, China
2 Fourth Department of the Naval Command, Beijing 100841, China
A new method to count the expected value and variance of time dispersion is presented for time dispersion of underwater optical wireless communication. Instead of the typically used Gamma distribution, inverse-Gaussian distribution is suggested for underwater optical impulse response time waveform function. The expectation of this method is in good agreement with experimental data. Future works may include water absorption to the model.
时域展宽 光无线通信 时域波形函数 自由空间光通信 水下 010.0010 Atmospheric and oceanic optics 060.0060 Fiber optics and optical communications 290.0290 Scattering Chinese Optics Letters
2011, 9(3): 030101
海军工程大学兵器工程系， 湖北 武汉 430033
为了改善现有水下激光距离选通成像建模方法在收发时序和器件特性方面的不足，提出了一种改进的系统模型。该模型以一维(1D)方波信号为研究对象，通过计算该信号的输出信噪比来评价成像系统的性能。模型考虑了水下激光脉冲的时域展宽和增强型电荷耦合装置(ICCD)的增益噪声特性以对现有模型的不足进行改进。通过模拟计算与实际水下激光距离选通成像系统所采集的图像相对比的方法验证了模型正确性，又通过对系统在不同水质下极限探测距离的仿真计算表明距离选通技术对人形暗目标的探测、识别和认清距离达到了9,7.5和7个衰减长度，从而证明了距离选通技术能够有效探测劣质水况下的中小目标。
成像 距离选通模型 信噪比 一维方波信号 时域展宽
海军工程大学兵器工程系, 湖北 武汉 430033
激光脉冲是目前水下无线光通信信号的主要形式, 针对水下传输时由多重光散射引起的激光脉冲时域波形展宽问题, 采用简单的小角度近似方法进行分析。将经典电子散射理论应用于光子散射研究, 从L. B. Stotts模型出发, 通过选择合适的水体散射相函数, 推导出激光脉冲波形表达式, 模拟计算在一定水质条件下脉冲传输不同距离后的脉宽。模拟结果与实验测量数据吻合, 并且在较长距离时的精度优于传统模拟方法, 验证了该方法的有效性, 为解决水下较长距离时激光通信码间串扰问题提供依据。
激光通信 时域展宽模拟 小角度近似 光散射
1 西安电子科技大学技术物理学院,西安,710071
2 华北光电技术研究所,北京,100015
推导出不同距离、水质和探测参量情况下激光脉冲在水中传输的时域展宽表达式,并提出光波门选通法来代替传统的脉宽检测方法,计算结果与实际相符,对水下激光探测应用有重要的实际意义。
: 激光技术 时域展宽 波形分析计算 实验验证
