【摘 要】
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激光授时是一种利用激光信号传递时间信息的授时技术,其链路信道十分复杂,建立合适的信道模型,是目前授时技术研究的重要内容。本文首先介绍授时技术的原理及授时方法,其次对海水信道及海浪信道进行建模,最后对建立的链路信道进行仿真分析。其中研究的关键部分及创新点有:(1)对海水信道的研究:依据海水中叶绿素浓度随海水深度的分布情况,本文在蒙特卡洛(Monte carlo,MC)算法的基础上建立一种水域分层模型
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激光授时是一种利用激光信号传递时间信息的授时技术,其链路信道十分复杂,建立合适的信道模型,是目前授时技术研究的重要内容。本文首先介绍授时技术的原理及授时方法,其次对海水信道及海浪信道进行建模,最后对建立的链路信道进行仿真分析。其中研究的关键部分及创新点有:(1)对海水信道的研究:依据海水中叶绿素浓度随海水深度的分布情况,本文在蒙特卡洛(Monte carlo,MC)算法的基础上建立一种水域分层模型;通过对比HG、TTHG、FF体散射函数和Petzold的平均粒子散射相位函数,得出FF体散射函数的解析函数更加逼近Petzold函数,确定其为本次仿真模拟散射角的函数模型;通过对比小角度(Small-angle approximation,SA)分析法和MC算法在三种水域下的时延特性,得出SA分析法考虑因素有限,使用范围有限以及假设不严谨,进而选择MC算法作为研究激光在海水信道传输的数学模型。(2)关于海浪信道的研究:主要通过采用线性叠加方法对三维海浪进行理论推导和实验仿真。结合Pierson-Moscowitz(P-M)谱和方向分布函数的思想,分析了二维海浪的等能量分频法和等间隔分频法,进而对三维海浪进行建模与仿真,对比二者的仿真效率,得出等间隔分频法更适合模拟三维海浪。(3)基于MATLAB平台开发一款信道仿真交互界面,通过输入参数就可完成光子包生成,海浪仿真及数据处理分析的功能。其中数据处理分析完成了:通过计算不同传输距离下的脉冲时延数值,并与真实时延数据进行比较,验证了海水信道模型的有效性;结合海浪信道,分析了不同参数对接收端脉冲展宽的影响,结果得出风速的增加对脉冲展宽影响较小,而随着接收半径和视场角的增大,归一化脉冲响应的峰值向右偏移,下降沿变缓慢,脉冲展宽更加严重,时延数值更大。综上所述,本文主要对激光授时链路信道模型进行研究,通过理论仿真分析得出该模型的有效性,对未来激光授时系统的设计具有理论参考价值。
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