【正文】 ...................................................................................................... 18 ................................................................................................................................................... 19 系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性改進(jìn) ........................................................................................................................... 19 結(jié)論 ........................................................................................................................................................ 19 杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)論文 1 致 謝 ............................................................................................................................................................... 20 參考文獻(xiàn) ........................................................................................................................................................... 21 附 錄 ............................................................................................................................................................... 22 杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)論文 1 1. 緒 論 單片機(jī)是一種集成在電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器 CPU 隨機(jī)存儲器 RAM、只讀存儲器 ROM、多種 I/O 接 口和中斷系統(tǒng)、定時器 /計時器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、 A/D 轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個小而完善的計算機(jī)系統(tǒng)。 單片機(jī)作為微型計算機(jī)的 一種，它具有如下的特點(diǎn)：（ 1）具有優(yōu)異的性能價格比（ 2）集成度高，體積小，可靠性高（ 3）控制功能強(qiáng)，開發(fā)應(yīng)用方便（ 4）低電壓，低功耗。 激光通信是以激光為載體來傳遞信息的一種通信方式。目前，激光通信技術(shù)由于其單色性好，通信容量大，方向性好，難以竊聽，成本低，安裝快等特點(diǎn)，已成為當(dāng)今世界信息技術(shù)的一大熱點(diǎn)，因此其發(fā)展局勢與潛力已引起高度重視。 隨著信息時代地不斷發(fā)展，只靠電信號傳輸數(shù)據(jù)已經(jīng)滿足不了人類日益劇增的需求 ，而光通信更大程度上能實(shí)現(xiàn)要求，比如光纖到戶等等?？赡茉趯?，實(shí)現(xiàn)全光網(wǎng)絡(luò)，更能將以更快的速度 傳輸信息。因此對激光通信研究頗有意義 [4]。 激光通信 的特點(diǎn) 優(yōu)勢 ，與應(yīng)用 激光是一種方向性極好的單色相干光。利用激光來有效地傳送信息，叫做激光通信。 激光通信系統(tǒng)組成設(shè)備包括發(fā)送和接收兩個部分。發(fā)送部分主要有激光器、光調(diào)制器和光學(xué)發(fā)射天線。接收部分主要包括光學(xué)接收天線、光學(xué)濾波器、光探測器。要傳送的信息送到與激光器相連的光調(diào)制器中，光調(diào)制器將信息調(diào)制在激光上，通過光學(xué)發(fā)射天線發(fā)送出去。在接收端，光學(xué)接收天線將激光信號接收下來，送至光探測器，光探測器將激光信號變?yōu)殡娦盘枺?jīng)放大、解調(diào)后變?yōu)樵瓉淼男畔ⅰ? 激光通信優(yōu)點(diǎn)： 通信容量大。在理論上，激光通信可同時傳送 1000 萬路電視節(jié)目和 100億路電話； 保密性強(qiáng)。激光不僅方向性特強(qiáng)，而且可采用不可見光，因而不易被敵方所截獲，保密性能好； 結(jié)構(gòu)輕便，設(shè)備經(jīng)濟(jì)。由于激光束發(fā)散角小，方向性好，激光通信所需的發(fā)射天線和接收天線都可做的很小，一般天線直徑為幾十厘米，重量不過幾公斤，而功能類似的微波天線，重量則以幾噸、十幾噸計。 杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)論文 2 激光通信的一些弱點(diǎn)是： 大氣衰減嚴(yán)重。激光在傳播過程中，受大氣和氣候的影響比較嚴(yán)重，云霧、雨雪、塵埃等會妨礙光波傳播。這就嚴(yán)重地 影響了通信的距離； 瞄準(zhǔn)困難。激光束有極高的方向性，這給發(fā)射和接收點(diǎn)之間的瞄準(zhǔn)帶來不少困難。為保證發(fā)射和接收點(diǎn)之間瞄準(zhǔn)，不僅對設(shè)備的穩(wěn)定性和精度提出很高的要求，而且操作也復(fù)雜。 激光通信的應(yīng)用主要有以下幾個方面： 地面間短距離通信； 短距離內(nèi)傳送傳真和電視； 由于激光通信容量大，可作導(dǎo)彈靶場的數(shù)據(jù)傳輸和地面間的多路通信。 通過衛(wèi)星全反射的全球通信和星際通信，以及水下潛艇間的通信 [5]。 激光通信 的現(xiàn)狀 雖然大氣的吸收、色散使得利用激光在地面上通信具有某種界限，但是目前已利用氣體激光器 制造出能在良好氣候的晚上傳輸信息達(dá)幾十公里的設(shè)備。美國建立了一條 24 km 的 24 路雙音頻激光電話線路，采用 40 mW 連續(xù)波 He－ Ne 器件，磷酸二氫鉀晶體脈位調(diào)制，作用距離達(dá) 5 km。前蘇聯(lián)建成的兩條試驗(yàn)線路，一條通信距離 25 km，帶寬為 100MHz，可同時進(jìn)行 4 路通路；另一路通信距離為 11km， 224 路可同時通話。 20 世紀(jì) 90 年代后期研制的激光通信系統(tǒng)功能強(qiáng)、技術(shù)復(fù)雜、自動化程度高。如美國研制的激光通信系統(tǒng)，備有全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（ GPS）、電子指南針、傾斜校準(zhǔn)儀，可自動高速掃描接收定位，把定位信 號用光束傳給通信機(jī)，很快進(jìn)行通信。還可以實(shí)現(xiàn)激光通信與無線電通信互相轉(zhuǎn)換，即在大雨、大霧的天氣可用無線電通信，其它時間則用激光通信。美國研制的激光通信系統(tǒng)還采用銫原子線路濾波器，可將光譜帶寬限制在 0． 01nm（傳統(tǒng)濾波器 3． 5nm） ,視野增大到 60176。（傳統(tǒng)的狹窄），功率僅為 5 W， 傳輸性能得到較大提高。美國航天局（ NASA）正在研制 800～ 850 nm 半導(dǎo)體激光器地面和空間之間的通信技術(shù)，在 2021 年進(jìn)行容量為 2． 5 Gbit／ s 的地面到衛(wèi)星的通信實(shí)驗(yàn)。由此可見，各國對激光大氣通信的研制工作不斷深入，大氣激 光通信技術(shù)勢必將有較大的提高和發(fā)展，尤其是在電磁頻譜復(fù)雜、電子干擾日益嚴(yán)重的環(huán)境中，光通信顯得尤為重要。因此研究和發(fā)展激光通信，加大通信距離，實(shí)現(xiàn)全天候移動通信，是電子對抗和通信對抗的需要，也是未來發(fā)展的趨勢之一。 激光大氣通信要在原有技術(shù)的基礎(chǔ)上，應(yīng)重點(diǎn)發(fā)展以下幾個方面： （ 1）開展大氣激光通信相關(guān)技術(shù)的研究； （ 2）研制大功率、高靈敏度、遠(yuǎn)距離的激光通信系統(tǒng)； （ 3）研制目標(biāo)成像定位跟蹤的移動光通信系統(tǒng)； （ 4）建立實(shí)現(xiàn)多中繼、多方向的面?zhèn)鬏斖ㄐ啪W(wǎng)； （ 5）建立大氣－空間一體化的遠(yuǎn)程通信網(wǎng) 。 杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)論文 3 光通信系統(tǒng) 分析 激光通信系統(tǒng) 極其復(fù)雜，加上 設(shè)備 等因素需要建立合理的理論模型。本課題在 激光通信系統(tǒng) 方面做了研究工作。 激光通信系統(tǒng)原理 大氣激光通信技術(shù)即無纖光通信技術(shù)是近年來出現(xiàn)的一種新興技術(shù)，其原理是載波光信號通過大氣作為傳輸信道完成點(diǎn)到點(diǎn)或點(diǎn)到多點(diǎn)的信息傳輸。該技術(shù)采用半導(dǎo)體激光器為光源，所構(gòu)成的通信系統(tǒng)為無線數(shù)字通信系統(tǒng)，主要用于固定點(diǎn)使用，也可用作應(yīng)急搶通，其潛在的應(yīng)用領(lǐng)域是在數(shù)據(jù)網(wǎng)、電話網(wǎng)、微蜂網(wǎng)及微微蜂窩網(wǎng)的入網(wǎng)應(yīng)急設(shè)備及不便敷設(shè)電纜及光纜的近距離場合。大氣激光通信設(shè)備具有無電磁干擾 、組網(wǎng)機(jī)動靈活、安裝維護(hù)方便、通信可靠性高、保密性好、性能價格比優(yōu)等優(yōu)點(diǎn)，可傳輸多種速率的數(shù)據(jù)、話音、圖像，具有廣闊的應(yīng)用前景。隨著技術(shù)的不斷完善和新器件的不斷出現(xiàn)，大氣激光通信技術(shù)已成為當(dāng)今信息技術(shù)的一大熱門技術(shù)，其作用和地位已能和光纖通信、微波通信相提并論，是構(gòu)筑未來世界范圍通信網(wǎng)必不可少的一種技術(shù) [6]。 激光傳輸 大氣傳輸激光通信系統(tǒng)是由兩臺激光通信機(jī)構(gòu)成的通信系統(tǒng)，它們相互向?qū)Ψ桨l(fā)射被調(diào)制的激光脈沖信號（聲音或數(shù)據(jù)），接收并解調(diào)來自對方的激光脈沖信號，實(shí)現(xiàn)雙工通信。圖 1 所示的是一臺激 光通信機(jī)的原理框圖。由圖可見，本系統(tǒng)可傳遞語音以及進(jìn)行計算機(jī)間數(shù)據(jù)通信。受調(diào)制的信號通過功率驅(qū)動電路使激光器發(fā)光，這樣載有語音信號的激光通過光學(xué)天線發(fā)射出去。接收是另一端的激光通信機(jī)通過光學(xué)天線將收集到的光信號聚到光電探測器上，將這一光信號轉(zhuǎn)換成電信號，再將這一光信號放大，用閾值探測方法檢出有用信號，再經(jīng)過解調(diào)電路濾去基頻分量和高頻分量，還原出語音信號，最后通過功放經(jīng)耳機(jī)接收，完成語音通信。當(dāng)開關(guān) K 擲向下時，可傳遞數(shù)據(jù)，進(jìn)行計算機(jī)間通信，這相當(dāng)于一個數(shù)字通信系統(tǒng) [2]。它由計算機(jī)、接口電路、調(diào)制解調(diào)器、大氣 傳輸信道等幾部分組成，其基本模式如圖 1 中相關(guān)部分所示。 杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)論文 4 接口電路的作用是將計算機(jī)與調(diào)制解調(diào)器連接起來，使之能同步、協(xié)調(diào)工作。調(diào)制器的作用是把二進(jìn)制脈沖變換成或調(diào)制成適宜在信道上傳輸?shù)牟ㄐ瓮ㄐ攀辜す馄靼l(fā)光，其目的是在不改變傳輸結(jié)果的條件下，盡量減少激光器發(fā)射總功率。解調(diào)是調(diào)制的逆過程，它是把接收的已調(diào)制信號進(jìn)行反變換，恢復(fù)出原數(shù)字信號送到接口電路。同步系統(tǒng)是數(shù)字通信系統(tǒng)中的重要組成部分之一，其作用是使通信系統(tǒng)的收、發(fā)端有統(tǒng)一的時間標(biāo)準(zhǔn)，使收端和發(fā)端步調(diào)一致。 激光器 激光器用于產(chǎn)生激光信號， 并形成光束射向空間。激光器的好壞直接影響通信質(zhì)量及通信距離，對系統(tǒng)整體性能的影響很大，因而對它的選擇是非常重要的。建議采用大光腔 GaAs－ AlGaAs 激光器。該激光器具有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、抗震動、易調(diào)整、壽命長等優(yōu)點(diǎn) 。 調(diào)制與解調(diào)器 調(diào)制就是把信號疊加到載波上。調(diào)制器是一種電光轉(zhuǎn)換器，它是輸出光束的某個參數(shù)（強(qiáng)度、頻率、相位、偏振等）隨電信號變化，完成光的調(diào)制過程。調(diào)制方式有內(nèi)調(diào)制和外調(diào)制兩種。把被信息信號調(diào)制了的電信號直接加到光源上（或電源）上，使光源發(fā)出隨信息信號變化的光信號稱為內(nèi) 調(diào)制。把調(diào)制元件（如光電晶體等）放到光源之外，使被信息信號調(diào)制了的電信號加到調(diào)制晶體上，當(dāng)光束通過晶體后，其光束中的某個參數(shù)（強(qiáng)度、頻率、相位、偏振等）隨電信號變化而