激光大气无线(自由空间光)通信正处于飞速发展的阶段,其具有容量大、保密性强、结构简便、低延迟等特点,是目前最热门的通信技术之一。但激光信号极易受到传输环境的影响,我国是土地沙漠化最严重的国家之一,因此需要特别关注激光在沙尘大气环境中通信系统性能和应用的研究。为了研究沙尘大气对激光通信系统的影响,首先要研究激光信号在沙尘大气中传输特性。论文主要研究内容包括:1、为了分析激光信号在沙尘大气中的衰减效应,首先通过Mie散射理论计算了沙尘粒子对光的散射特性,并基于沙尘粒子尺度的对数正态分布模型,应用蒙特卡洛(Monte Carlo,MC)方法,对1.55?m激光脉冲信号在不同能见度沙尘大气中多重散射特性进行分析。结果表明:在一定的传输距离下,随着沙尘大气能见度的降低,光信号的散射次数逐渐增大,接收光强逐渐减小。2、为了研究激光脉冲信号在沙尘大气中的时域变化特性,文中通过MC方法逐一跟踪所有光子的传播状态,并对接收光子的到达时间和接收光强进行统计,给出了高斯脉冲信号在沙尘大气中传输的接收脉冲波形,结果表明:随着沙尘大气能见度的增加,接收信号的时延与脉冲展宽随之减小;随着激光波长的减小,接收脉冲的时延与脉冲展宽随之增大;脉冲时延和展宽随着沙尘大气的反照率的减小而减小,随着沙尘粒子的散射系数的增大而增大。3、为了得到更切合实际的沙尘大气通信信道特性,基于大气湍流的衰落模型:对数正态分布、双伽马分布及指数韦伯分布等,采用开关键控(On-Off Keying,OOK)调制,开展激光湍流沙尘大气传输特性对单输入单输出(Single-Input Single-Output,SISO)通信性能的影响分析。结果表明,在弱湍流下采用不同的湍流衰落模型,模拟的系统平均误码率都较接近,在强湍流下采用不同的湍流衰落模型,所模拟的系统平均误码率相差较大。对于弱和强湍流沙尘大气,双伽马分布可作为一种较理想的湍流信道衰落模型。4、为了改善激光通信系统在沙尘大气中的传输性能,利用MC模拟计算了多输入多输出(Multi-Input Multi-Output,MIMO)通信系统中各个子链路的信道矩阵。分别采用OOK和脉冲脉位(Pulse Position Modulation,PPM)调制,计算了不同收发天线数量的MIMO系统平均误码率。结果表明:随着湍流沙尘大气能见度的减小,系统误码率迅速增加;采用PPM调制对误码率的改善优于OOK调制的结果;MIMO系统中采用发射分集可更好的提高通信系统的性能。