为了减小大气湍流引起的星地激光通信系统的性能衰落,采用基于光纤相干合束的多孔径接收方案。针对典型的星地相干激光通信模型,给出了通信系统的灵敏度和误码率随多孔径接收对湍流效应的补偿效果变化的数值仿真结果。同时基于已有的光纤合束方法搭建了一套4孔径接收的相干合束光通信接收装置,测试了2个和4个孔径下系统的锁相带宽。利用旋转相位屏模拟了不同Greenwood频率的大气湍流对光束波前的影响,保证了各路接收光强的不相干性。在此基础上,给出了相干合束前后光纤中的光强相对起伏方差。结果表明该系统能在弱湍流环境中有效地抑制光强闪烁。

基于功率谱反演法产生海洋湍流相位屏,对多次传输过程进行统计平均,仿真分析不同海洋湍流参量下不同高斯阵列光束(矩形分布、径向分布及单束)长曝光光斑半径、光斑质心漂移特性及光强闪烁特性。结果表明:光束长曝光光斑半径、光斑质心漂移标准差及轴上闪烁系数均随湍流效应(湍流强度或传输距离)的增强而增大;同时,阵列光束与单束高斯光的光斑半径趋于一致,当传输距离继续增大时,单束高斯光束长曝光光斑半径略大。相对于单束高斯光,阵列光束在相同湍流条件下具有更小的漂移标准差,但轴上闪烁系数较大。相对于大气湍流而言,海洋湍流具有较强的闪烁效应。

为降低海洋湍流对水下光通信系统链路性能的影响, 将光孤子脉冲应用于水下通信。假定水下通信系统采用开关键控调制, 信道采用描述海洋弱湍流的Lognormal模型, 推导出了海洋闪烁系数的具体表达式和含形状因子和闪烁系数的通信误码率表达式,仿真分析了不同湍流强度、海洋湍流参数下光孤子、矩形、高斯脉冲光束的通信误码率, 最后从脉冲时域角度对比研究三种脉冲光束。结果表明：随着湍流强度的变化, 信噪比为5 dB时, 光孤子脉冲的误码率比高斯型和矩形脉冲的误码率低至少3个数量级。接收孔径和温度与盐度波动对海洋光学湍流贡献的比值是对水下通信误码率影响较灵敏的因素；随着海洋湍流影响因素的变化, 光孤子脉冲抵抗外界环境的能力强于其他脉冲, 其误码率始终小于高斯和矩形误码率。光孤子时域展宽比高斯、矩形展宽小, 但随着距离的增加, 三种脉冲展宽趋于一致。仿真结果验证了光孤子脉冲用于水下通信的优势, 可为下一步研究提供理论参考。

理论研究了激光光束经过湍流大气后闪烁系数的变化规律,以ARM7的嵌入式系统构建数据采集模块, 在采集激光光强因为大气湍流影响而变化的数据的基础上对存储的数据使用闪烁系数数学模型进行运算, 运算结果通过网络传输, 由PC端的界面显示变化曲线, 从而了构造一个可以感测大气湍流的远程探测系统。用转动的相位板模拟湍流大气, 利用所开发的测试系统测量激光光束通过湍流大气后的闪烁系数。实验结果显示高斯光束在湍流大气中的闪烁系数随传输距离的增加而增大, 与理论模拟结果基本相符。由此可见该系统工作可靠稳定, 可实时测量激光光束经过湍流大气的闪烁系数。