系统仿真学报©JournalofSystemSimulation第19卷第12期2007年6月Vol.19No.12Jun.,2007空地光通信系统空间链路的建模与仿真陈纯毅1，杨华民1，佟首峰2，蒋振刚1，姜会林2，韩成1(1.长春理工大学计算机科学技术学院,长春130022；2.长春理工大学光电工程学院,长春130022)摘要：用拟合方法得出大气消光系数随高度的变化关系，进而建立激光大气传输衰减模型；以无湍流影响时到达接收机的光强为均值，根据对数振幅起伏方差求出光强闪烁方差，用高斯随机数模拟光强闪烁；建立了光扩束和视轴失配所引起的光损耗模型。在Matlab/Simulink平台上开发了仿真程序，其可作为完整的空间链路模块，在空地光通信仿真中直接使用。仿真结果与理论分析具有一致性。关键词：光通信;建模;仿真;闪烁;大气衰减：TP391.9文献标识码：A：1004-731X(2007)12-2706-04ModelingandSimulationofSpaceLinkinSpace-to-LandOpticalCommunicationSystemCHENChun-yi1,YANGHua-min1,TONGShou-feng2,激ANGZhen-gang1,激ANGHui-lin2,HANCheng1(1puterSchool,ChangchunUniversityofScienceandTechnology,Changchun130022,China;Abstract:Curvefittingmethodwasappliedtofoundtherelationshipbetweenatmosphericextinctioncoefficientandaltitude,andthentheatmosphericattenuationmodeloflaserpropagationwasestablished.Thereceivedopticalintensityuninfluencedbyatmosphericturbulencewasusedastheaverageintensityandtheopticalintensityscintillationvariancewascomputedaccordingtolog-amplitudevariance,thenGaussianstochasticnumberwasusedtosimulatethescintillation.Inaddition,theopticallossmodelofbeamspreadingandmismatchofsightaxisbetweentransmitterandreceiverwasproposed.BasedonMatlab/Simulinkplatform,thesimulationprogramwasdeveloped,anditcanbeuseddirectlyasaspacelinkmoduleinaspace-to-landopticalcommunicationsimulationsystem.Thesimulationresultsshowconsistencywiththeoryanalysis.Keywords:opticalcommunication;modeling;simulation;scintillation;atmosphericattenuation折射率不均匀，从而引起激光光斑的闪烁和漂移，产生所谓的湍流效应[2-3]。空间对地面大气随机信道与普通的大气信道不同，大气衰减特性和湍流特性都随高度而变化，使得激光的传输特性变得更加复杂。本文针对空地光通信系统的空间信道进行仿真建模，即建立激光信号在整个空间链路的传输过程中所受的损耗和噪声干扰的仿真模型，并在所建仿真模型的基础上开发了仿真程序，仿真程序可以作为空地光通信仿真系统中完整的空间信道模块。最后，得出了仿真结果，仿真结果和理论分析存在一致性。本文中所建立的空间信道仿真程序，对于空地光通信系统空间链路分析具有一定的参考价值。引言近年来，由于光通信系统自身所具有的一系列优点，其已成为国内外的一大研究热点[1]。按照传输介质的不同，光通信系统可以分为光纤通信、自由空间光通信和水下光通信。其中自由空间光通信是指以光波为载体，在真空或大气中传递信息的通信技术。根据通信链路的不同，自由空间光通信的通信方式可以是地面链路、空间对地面链路、空间对空间链路，或者空间对水下链路。在空地光通信中，由于通信光存在一定的束散角，其在传播过程中光束半径会不断扩大，在一般情况下，光束在接收面上形成的光斑要比接收机口径大，所以光信号存在扩束损耗。由于激光束的光强近似服从高斯分布，而非均匀分布，故接收机偏离光斑中心位置时，其接收到的光功率会减小，这就是发射端的视轴瞄准误差引起的失配损耗。此外，在空地光通信系统的光信号传输中，涉及的大气信道是随机的。大气会对通过其中的激光产生散射和吸收作用，即所谓的大气衰减[2]；大气的运动使其1系统仿真模型的建立1.1大气衰减大气中含有大量气溶胶固态和液态微粒（如尘埃、云雾粒子及各种有机微生物等），当激光通过大气时，与这些粒子发生相互作用，从而会产生对激光能量的吸收和散射。大气中所含分子由于其结构不同，所以具有各自不同的收稿日期：2006-05-12修回日期：2006-09-14吸收谱线和完...