基于偏振移位键控的大气激光通信关键技术 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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刘智赵义武刘丹方韩韩倪小龙等... 编

图书标签:

• 大气激光通信
• 偏振移位键控
• 光通信
• 偏振复用
• 大气传输
• 调制解调
• 自适应光学
• 信道编码
• 激光通信系统
• 通信工程

店铺： 木垛图书旗舰店

出版社： 科学

ISBN：9787030569509

商品编码：29717630634

开本：16

出版时间：2018-03-01

基本信息

• 商品名称：基于偏振移位键控的大气激光通信关键技术
• 作者：刘智//赵义武//刘丹//方韩韩//倪小龙等
• 定价：78
• 出版社：科学
• ISBN号：9787030569509

其他参考信息（以实物为准）

• 出版时间：2018-03-01
• 印刷时间：2018-03-01
• 版次：1
• 印次：1
• 开本：16开
• 包装：平装
• 页数：152
• 字数：200千字

内容提要

偏振特性被认为是激光在大气中传输*为稳定的 特征，偏振移位键控（Polarization Shift Keying, PolSK）技术属于偏振调制，是一种新兴的 无线光通信调制技术，它是利用偏振光作为载波，把 信息编码到它的偏振态上，是一种无阈值调制方式， 对大气信道造成的影响有较强的抑制作用。因此，对 基于偏振移位键控的偏振编码技术的研究将为提高空 间光通信系统综合性能提供新方法与新途径。
     刘智、赵义武、刘丹、方韩韩、倪小龙、陶宗慧 著的《基于偏振移位键控的大气激光通信关键技术》 对基于偏振移位键控的大气激光通信系统的原理及关 键技术进行了深入研究与探讨。全书共分六个部分， 分别系统介绍了空间激光通信技术及激光偏振调制技 术的发展现状、基于偏振移位键控的大气激光通信系 统组成和工作原理、激光信号偏振移位键控调制技术 的原理和实现方法、大气信道中GSM光束的偏振传输 特性、基于圆偏振移位键控的大气激光通信系统半实 物仿真系统构建与实验结果分析、基于液晶可变相位 延迟器的偏振激光信号源以及相干度**可控的部分 相关激光源的原理和实现方法。
     本书可供从事激光技术、空间激光通信技术的科 技工作者研究参考，也可供光学工程、信息与通信工 程领域的技术人员、大专院校师生阅读和参考。
    

目录

前言
第1章 绪论
1.1 研究背景
1.2 研究目的与意义
1.3 **外研究现状
1.3.1 空间激光通信技术研究与应用概况
1.3.2 激光偏振调制技术相关研究与应用国外研究概况
1.3.3 激光偏振调制技术相关研究与应用**研究概况
1.4 主要内容及结构安排
第2章 基于偏振移位键控的大气激光通信系统原理
2.1 引言
2.2 基于偏振移位键控的大气激光通信系统的组成
2.3 CPolSK调制在大气激光通信系统中的优势
2.3.1 通信系统收发端无需坐标轴对准
2.3.2 调制信号抗干扰性强
2.4 基于PolSK的大气激光通信系统的关键技术
2.5 本章小结
第3章 激光信号偏振移位键控调制技术
3.1 引言
3.2 激光偏振特性描述
3.2.1 光波偏振态
3.2.2 光波偏振度
3.3 偏振移位键控技术原理
3.4 大气激光通信系统中的强度调制与偏振调制性能比较
3.4.1 各种激光强度调制方式介绍
3.4.2 调制方式性能分析
3.5 基于铌酸锂晶体的偏振态调制技术
3.6 本章小结
第4章 大气信道中GSM光束的偏振传输特性
4.1 引言
4.2 大气信道的湍流效应
4.2.1 大气湍流的形成
4.2.2 大气折射率结构常数
4.2.3 大气折射率起伏功率谱密度
4.3 大气湍流对激光传输的影响
4.4 部分相干、部分偏振的GSM光束偏振传输特性研究
4.4.1 相干性和偏振性统一理论
4.4.2 GSM光束在湍流环境中的传输公式
4.4.3 GSM光束在湍流环境传输的偏振特性研究
4.5 湍流环境激光偏振传输特性半实物仿真研究
4.5.1 大气湍流模拟装置介绍
4.5.2 湍流环境激光偏振传输特性半实物仿真系统组成
4.5.3 半实物仿真结果分析
4.6 本章小结
第5章 基于CPolSK的大气激光通信系统半实物仿真
5.1 引言
5.2 偏振移位键控系统与OOK系统性能对比
5.2.1 偏振移位键控与OOK通信系统构建
5.2.2 性能分析
5.3 高速CPolSK通信系统的仿真研究

《大气激光通信：理论、模型与实践》 内容简介 本书深入探讨了大气激光通信系统的理论基础、关键技术、模型构建与实际应用，旨在为从事相关领域研究、开发和工程实践的专业人士提供一本全面而深入的参考。本书系统性地梳理了大气激光通信面临的核心挑战，并在此基础上，详细阐述了解决这些挑战的理论框架、数学模型和工程策略。 第一部分：大气激光通信基础理论 本部分从激光通信的基本原理出发，为读者构建起坚实的理论基础。 第一章：激光通信系统概述 阐述了激光通信的定义、发展历程及其在现代通信网络中的独特地位。 对比了射频通信与激光通信的优缺点，重点分析了激光通信在带宽、安全性、体积和功耗方面的优势。 介绍了激光通信系统的基本组成部分，包括光源、调制解调器、光学收发单元、跟踪与瞄准系统、信号处理单元等。 探讨了不同激光通信应用场景的特点，如空间激光通信、水下激光通信、以及本书重点关注的大气激光通信。 第二章：大气传输信道的特性分析 详细分析了激光在大气中传播时遇到的主要损耗因素，包括吸收损耗、散射损耗和湍流效应。 吸收损耗：深入研究了不同大气成分（如水蒸气、二氧化碳、臭氧等）对特定波长激光的吸收特性，介绍了吸收谱线模型和大气透过率计算方法。 散射损耗：分析了分子散射（瑞利散射）和气溶胶散射（米散射）对激光束的影响，探讨了不同粒径分布和浓度气溶胶的散射效应，并介绍了Mie理论在计算散射特性中的应用。 大气湍流：这是本书的重点之一。详细阐述了大气湍流的产生机理、结构模型（如Kolmogorov模型、von Karman模型）以及其对激光束的影响，包括光束闪烁（强度起伏）、波前畸变、光斑抖动和扩展等。分析了不同大气湍流强度（如C_n^2参数）对通信性能的影响。 其他大气效应：讨论了雨、雪、雾、霾等天气条件对激光传输的影响，包括衰减、散射和吸收效应，并介绍了相应的衰减模型。 第三章：激光通信系统中的噪声源分析 系统梳理了大气激光通信系统中存在的各种噪声源，并对其特性进行详细分析。 热噪声：介绍了接收端探测器产生的热噪声，及其与温度、器件参数的关系。 散粒噪声：阐述了光子到达探测器的不确定性导致的散粒噪声，以及其与信号光强度的关系。 拍频噪声：分析了本地振荡光与信号光混合时产生的拍频噪声，特别是在相干接收系统中。 大气背景辐射噪声：讨论了太阳光、月光以及其他地面光源通过大气散射进入接收系统产生的背景噪声，以及其对信号检测的影响。 电子器件噪声：介绍了放大器、滤波器等电子元器件引入的噪声。 第二部分：大气激光通信关键技术 本部分聚焦于解决大气激光通信瓶颈问题的核心技术，是本书的重点和创新所在。 第四章：光束稳定与跟踪控制技术 问题分析：深入分析大气湍流和平台振动导致的光束抖动和漂移问题，这是实现稳定通信的根本障碍。 跟踪与瞄准系统（TAS）：详细介绍TAS的设计原理、关键组成部分（如伺服系统、陀螺稳定器、图像传感器）和工作流程。 粗跟踪与精跟踪：区分和讲解不同精度的跟踪策略，包括粗角度跟踪和精细角度跟踪。 自适应光学（AO）技术：这是解决波前畸变的关键。详细介绍AO系统的基本原理，包括波前传感器（如Shack-Hartmann传感器）和变形镜，以及它们如何实时校正大气湍流引起的波前畸变。 激光雷达辅助跟踪：探讨利用激光雷达（LiDAR）作为辅助手段，实现更精确的目标定位和跟踪。 控制算法：介绍PID控制、模型预测控制等在TAS中的应用，以及如何优化跟踪精度和响应速度。 第五章：光束整形与远距离传输优化 问题分析：大气传输对光束质量的影响，如光斑扩展、高斯光束的衍射极限等。 光束整形技术：介绍如何通过光学元件（如非球面透镜、衍射光学元件）来优化光束的初始质量，例如生成具有特定形状（如平顶光束、贝塞尔光束）的光束，以抵抗大气影响。 自适应光束整形：结合自适应光学技术，实现对光束在传播过程中形状的实时调整。 多模光纤与特殊光纤：探讨在发射端使用多模光纤或特殊设计的udent光纤来优化光束质量。 长距离传输策略：分析在远距离通信中，如何通过优化发射功率、接收口径、以及设计合适的衰减补偿方案来保证信号质量。 第六章：信号调制与解调技术 调制技术： 强度调制/直接检测（IM/DD）：介绍OOK（开关键控）、PPM（脉冲位置调制）等IM/DD技术，分析其在大气激光通信中的适用性与局限性。 相干/偏振调制：重点阐述相干调制（如PSK、QAM）和偏振调制（如BPSK、QPSK）的原理，分析它们在大气激光通信中提高频谱效率和抗噪声能力的作用。 非线性调制技术：简要介绍一些新兴的、可能用于提高抗湍流能力的调制方案。 解调技术： 直接检测：描述光电探测器如何直接将光信号转换为电信号，并进行相应的解调。 相干检测：详细介绍相干接收的原理，包括本振光的使用，以及如何通过解调器提取调制信息。 偏振解调：分析如何通过偏振分集或偏振补偿技术来提取偏振信息。 信道编码与纠错：介绍前向纠错（FEC）编码技术（如Hamming码、Reed-Solomon码、LDPC码），以及它们如何提高系统的误码率性能，增强对信道噪声和衰落的鲁棒性。 第七章：接收端设计与性能优化 大口径接收光学系统：分析大口径接收望远镜的作用，如何收集更多的信号光，降低信噪比限制。 高灵敏度探测器：介绍各种类型的光电探测器（如PIN光电二极管、雪崩光电二极管（APD）、单光子雪崩二极管（SPAD）），分析其性能指标（灵敏度、响应速度、噪声特性）及其在不同应用场景下的选择。 滤波技术：探讨光学滤波器（窄带滤波器）和电学滤波器在抑制背景噪声和干扰中的作用。 信号处理与判决：介绍数字信号处理（DSP）在基带信号处理、均衡、误码检测等方面的应用。 光电集成技术：讨论光电器件与电子电路的集成，以减小系统体积和提高性能。 第三部分：大气激光通信模型构建与性能评估 本部分侧重于建立数学模型来描述大气激光通信系统的行为，并在此基础上进行性能评估。 第八章：大气激光通信系统信道建模 湍流信道模型： 闪烁模型：介绍对数正态分布模型、Gamma-Gamma分布模型等，用于描述湍流引起的强度起伏。 波前畸变模型：基于Cole-Kerr模型、Andrews模型等，模拟湍流对光束波前的随机扰动。 空间相关性模型：分析不同位置光束的相互影响。 衰减模型：建立雨、雪、雾等天气条件下激光衰减的数学模型，例如基于Mie理论和经验公式。 联合信道模型：构建包含湍流、衰减、背景噪声等多重影响的综合信道模型。 第九章：系统性能评估与仿真分析 关键性能指标：定义和解释误码率（BER）、信噪比（SNR）、信道容量、链路预算、通信距离等关键性能指标。 仿真平台与工具：介绍常用的仿真软件（如MATLAB、OptiSystem、STK等）在激光通信系统建模和仿真中的应用。 模型验证：对比仿真结果与理论推导或实际实验数据，验证模型的准确性。 参数优化：通过仿真分析不同系统参数（如发射功率、接收口径、调制方式、纠错编码强度）对系统性能的影响，为系统设计提供依据。 链路预算分析：详细介绍链路预算的计算方法，考虑所有损耗和增益，预测通信距离和可达速率。 第四部分：大气激光通信应用与发展趋势 本部分将理论与实践相结合，展望大气激光通信的未来。 第十章：大气激光通信系统设计与工程实践 系统设计流程：从需求分析到链路设计、关键技术选型、硬件实现、集成测试的完整流程。 实际工程案例分析：选取典型的地面、机载、星地大气激光通信系统案例，分析其设计思路、遇到的挑战及解决方案。 地面激光通信网络：探讨城市环境、复杂地形下的激光通信组网技术，包括中继站设置、频率规划（虽然激光通信不涉及频谱，但需要考虑站间连接）。 机载激光通信：分析飞机、无人机作为通信节点时，面临的平台稳定、空气动力学影响等问题。 接口与兼容性：讨论激光通信系统与其他通信系统（如光纤网络、卫星通信）的接口设计和兼容性问题。 第十一章：前沿技术与未来发展趋势 量子激光通信：简要介绍量子密钥分发（QKD）在大气环境下的应用前景，及其与经典激光通信的互补性。 人工智能在激光通信中的应用：探讨AI在湍流预测、自适应光学控制、信号处理、链路优化等方面的潜在作用。 自由空间光通信（FSO）的演进：分析FSO技术在城市热点地区、应急通信、移动通信回传等领域的应用拓展。 高功率激光与定向能传输：简要讨论高功率激光在通信之外的其他应用，以及其在大气传输中的挑战。 标准化与产业化：探讨大气激光通信技术向标准化、规模化应用迈进的机遇与挑战。 本书特色 理论与实践并重：既深入讲解了大气激光通信的科学原理，又关注工程实现中的关键技术和实际问题。 模型化分析：提供了详细的数学模型，便于读者进行系统设计和性能仿真。 前沿技术展望：涵盖了该领域最新的研究动态和发展趋势。 内容详实，结构清晰：系统性强，逻辑严谨，适合作为专业教材或参考书。 本书适合于光学工程、通信工程、电子工程、信息与通信技术等相关专业的本科生、研究生、研究人员以及工程师阅读。通过阅读本书，读者将能够深入理解大气激光通信的奥秘，掌握解决复杂工程问题的关键技术，并为未来的技术创新和应用开发奠定坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

阅读体验上，这本书的排版和图表质量堪称一流。很多复杂的概念，如果没有那些清晰的示意图和对比曲线，可能需要花费数倍的时间去理解。作者在图表设计上显然下了大功夫，每一张图都准确地服务于文字的表达，极大地提升了阅读效率。特别是那些关于误码率（BER）与信噪比（SNR）关系的曲线图，做得非常专业且易于辨识。文字的流畅性也值得称赞，尽管涉及大量专业术语，但作者总是能够用通俗的语言进行解释，确保读者不会因为某个生僻的术语而被卡住。对于需要快速掌握某一领域核心知识的读者而言，这种详略得当的叙述方式，简直是福音。它不像某些教材那样枯燥乏味，读起来反而有一种探索未知的乐趣。

评分☆☆☆☆☆

这本书的深度和广度都超出了我的预期。在深入探讨技术细节时，作者展现出了极高的专业素养。我特别欣赏其中关于信号处理和编码的章节，那些关于如何优化接收端信号提取的策略，简直是工程师的宝典。书中详细介绍了多种先进的信号检测方法，并结合实际案例进行了性能评估，这让我得以跳出理论的象牙塔，看到这些技术在真实世界中的应用潜力。而且，书中对噪声模型的建立和分析非常到位，这对任何想要进行系统级仿真或设计的人来说，都是不可或缺的知识储备。我发现作者在描述复杂的数学模型时，总能巧妙地穿插一些工程上的权衡考量，比如计算复杂度与性能增益之间的取舍，这种“两手都要抓”的态度，让这本书不仅仅是理论的堆砌，更是一本实用的工具书。阅读过程中，我经常需要停下来，对照着自己的项目经验去反思，书中的观点总能提供新的视角。

评分☆☆☆☆☆

从一个资深从业者的角度来看，这本书的价值在于它提供了一个全面的、可操作的知识框架。它涵盖了从理论到实践的闭环，尤其是在系统设计层面，作者提出的模块化思路，非常适合团队协作和知识传承。我尤其欣赏它对“稳健性”的强调，在激光通信这种对环境变化极度敏感的领域，如何确保系统在各种工况下的稳定输出，才是决定项目成败的关键。书中对链路预算的详细分析，几乎可以作为一个标准流程被直接应用到新项目启动时。总而言之，这本书不仅仅是告诉我们“是什么”，更重要的是教会我们“为什么是这样”以及“如何做到”。它无疑将成为我案头必备的参考工具书，其中的洞察和细节，值得反复揣摩和学习。

评分☆☆☆☆☆

这本书的结构安排极其精妙，它不仅仅是一本技术手册，更像是一部完整的技术发展史的缩影。从早期的光通信基础到最新的前沿技术，作者构建了一个清晰的知识梯次。我最感兴趣的是其中关于系统集成和实验验证的部分。作者没有回避实际工程中遇到的种种“狗屁倒灶”的问题，比如硬件延迟、电磁干扰以及长期运行的稳定性挑战。他坦诚地分享了在构建实际链路时所做的妥协和优化，这为我们这些计划搭建实际系统的研究人员提供了极大的参考价值，避免了许多弯路。此外，书中对未来发展趋势的展望，虽然没有给出确切的答案，但那种启发式的讨论，激发了我们对下一代激光通信技术的思考。这种超越当前技术限制的视野，是这本书价值的又一重要体现。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计得非常简洁有力，黑色的背景下，蓝色的光束穿透大气层的抽象图景，立刻抓住了我的眼球。拿到书本，首先感受到的是它扎实的物理基础和严谨的学术态度。翻阅前几章，作者似乎并没有急于深入复杂的算法层面，而是花了大量篇幅来阐述自由空间光通信的物理原理，特别是大气湍流对光束的影响，这对于我这种初学者来说，是极其宝贵的。他用生动的比喻和清晰的数学推导，将原本晦涩难懂的光学现象变得易于理解。书中对不同调制方式的优缺点进行了深入的比较分析，引人深思。特别是关于如何克服大气对光信号的衰减和畸变，书中提出的几种前沿解决方案，让读者能够对这一领域的发展趋势有一个宏观的认识。作者的写作风格非常平实，没有过多的辞藻堆砌，力求用最直接的方式传递信息，这使得整本书的阅读体验非常流畅，知识点之间逻辑性很强，像一条精心编织的脉络，引导读者层层深入。