光波传输特性测试多通道数据采集技术研究

大气衰减效应和湍流效应会导致激光在大气传输过程中产生光能量衰减、到达角起伏、光强闪烁、光斑漂移、光束扩展等现象,严重影响大气激光通信的可靠性和稳定性。为了提高大气激光通信的通信质量和光通信设备的研制水平,需要进一步了解光波大气传输特性,以辅助确定光通信设备研制中的重要模块设计参数(如天线孔径的大小、光发射功率大小等)。本课题来自某部下达的光波传输特性测试项目。项目要求研发用于大气参数测量和激光大气传输效应测量的测试设备。测试设备应具有测试环境参数齐全、使用方便、便于运输携带和安装的特点。本文主要完成该测试仪器中的多通道数据采集系统设计,设计目标为:实现大气激光通信大气信道各项关键参数的自动测试、缩短测试时间、提高测试效率,使得测试过程自动化、简单化。论文首先是论述课题背景和来源、国内外的研究现状和发展趋势以及本论文的主要研究内容。接着对大气湍流理论及其对光波传输的影响进行研究,分析了光波传输特性测试的必要性。然后介绍了设计采集系统的需求分析、采集参数的选取依据,并将其划分成信号采集、数据处理和数据传输等三部分子模块,再对每一模块再继续细分。其中信号采集子模块由包含温度、湿度、气压、雨量、风向、风速六个气象数据采集部分和GPS部分组成;数据处理部分中FPGA芯片采用ALTERA公司的EP3C25F324,其在本系统中的应用体现了SOPC系统集成度高、灵活性强的特点;数据传输部分采用GPRS无线和RS-485有线两种方式传输数据。硬件设计介绍完后是对软件的介绍,按各应用模块进行划分,对各模块软件设计和调试进行了描述,并在最后一节详细介绍了Nios II系统模块结构内容和硬件配置过程。最后对气象数据接收、GPS数据接收、GPRS通信实现和终端用户软件接收数据等实验进行叙述,并给出实验结果。测试结果表明,本模块设计达到了最初的设计目标。