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水下激光授时信道时延特性分析

2020-12-09阅读(352)

水下激光授时信道时延特性分析

论文摘要

水下激光授时是以无线激光取代无线电波或声波来实现水下高精度授时的一种方式,有效地弥补了水下无线电波衰减严重,及声波传输时延大、速率低等诸多缺陷。在海洋勘测、水下无线通信及定位导航方面展现了无限潜力,成为未来水下授时技术研究的新趋势。本文首先介绍了现有授时技术应用背景及意义,通过其发展现状及特点突出了水下授时的重点与难点。此外,基于水下无线光通信（UWOC,Underwater wireless optical communication）信息承载能力强、传输速度快、以及保密、抗干扰性强等优势,提出了一种水下激光授时模型;其次仿真分析了水下激光脉冲时延特性;最后针对水下激光授时中海水信道脉冲响应进行建模。论文主要研究内容如下:（1）研究海水光学特性,分析了水下激光传输的吸收和散射作用以及几种散射相位函数,并将其跟实测数据进行对比,选择了拟合度更高的FF相位函数用于后续仿真。再者,通过对比水下激光脉冲传输时域展宽特性分析常用的小角度近似法和蒙特卡洛（MC,Monte-Carlo）方法,选择不需要做过多近似,更切合水下激光传输物理过程的MC模拟方法为核心设计了仿真方案。（2）通过考虑UWOC归一化接收功率跟传输距离、接收器接收的视场角和接收器的接收光学孔径（简称接收孔径）等三要素间的关系,对激光脉冲在三类典型海域中传输的信道时延特性进行了仿真和分析。（3）介绍了UWOC信道脉冲响应建模中常用的几种方法,在此基础上,改进了一种多Gamma函数（MGF）模型;通过与现有函数模型对比验证了MGF建模的准确性和优异性,并采用该模型对水下激光传输脉冲响应进行建模。本文主要针对水下激光授时模型中水下光学链路的信道时延特性进行了研究,并优化改进了一种MGF模型,其简单的闭合表达式对UWOC系统链路设计及水下光学链路时间色散研究提供了有益参考。旨在为未来实现海面精确跟踪、水下设备高精度定位而设计的水下激光授时系统提供一定的理论基础和参考价值。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第一章 绪论
  •   §1.1课题研究背景及意义
  •   §1.2国内外研究现状
  •   §1.3本文的主要研究内容及结构
  • 第二章 水下激光授时系统及方法
  •   §2.1水下激光授时模型介绍
  •     §2.1.1授时移动中继基站
  •     §2.1.2水下激光授时方法
  •   §2.2北斗/GNSS授时技术
  •     §2.2.1时间与频率
  •     §2.2.2 GNSS授时原理
  •   §2.3水下激光授时链路分析
  •   §2.4本章小结
  • 第三章 水下激光传输特性
  •   §3.1海水的光学性质
  •     §3.1.1表征水中的光
  •     §3.1.2海水成分及对光传输的影响
  •     §3.1.3海水中的衰减效应
  •   §3.2散射相位函数分析
  •     §3.2.1 Petzold平均粒子相位函数
  •     §3.2.2 Henyey-Greenstein（HG）相位函数
  •     §3.2.3 Fournier-Forand（FF）相位函数
  •     §3.2.4 Sahu-Shanmugam（SS）相位函数
  •   §3.3激光脉冲时延展宽分析方法
  •     §3.3.1小角度近似法
  •     §3.3.2蒙特卡洛方法
  •   §3.4本章小结
  • 第四章 水下激光脉冲时延特性仿真
  •   §4.1水下激光传输散射信道特性仿真
  •     §4.1.1散射信道接收端脉冲分布
  •     §4.1.2散射信道到达角度分布
  •   §4.2水下激光脉冲时延展宽研究
  •     §4.2.1初始脉冲宽度对时延展宽的影响
  •     §4.2.2链路距离对时延展宽的影响
  •     §4.2.3接收视场角对时延展宽的影响
  •     §4.2.4接收孔径对时延展宽的影响
  •   §4.3水下激光传输信道时延分析
  •     §4.3.1小角度近似法和MC方法下的信道时延
  •     §4.3.2不同海水类型中的信道时延
  •     §4.3.3接收视场角对信道时延的影响
  •     §4.3.4接收孔径对信道时延的影响
  •   §4.4本章小结
  • 第五章 水下激光传输脉冲响应建模研究
  •   §5.1指数衰减模型
  •   §5.2伽玛函数建模
  •   §5.3建模结果对比分析
  •   §5.4本章小结
  • 第六章 总结与工作展望
  •   §6.1工作总结
  •   §6.2后续与展望
  • 参考文献
  • 致谢
  • 作者在攻读硕士期间主要研究成果

    • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 阳荣凯

    导师: 李天松

    关键词: 水下激光授时,水下无线光通信,信道时延,蒙特卡洛方法,模型

    来源: 桂林电子科技大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学,信息科技

    专业: 海洋学,电信技术

    单位: 桂林电子科技大学

    分类号: TN929.3;P756.6

    总页数: 70

    文件大小: 2351K

    下载量: 90

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