Geri Dön

Atmospheric turbulence modeling and aperture averaging analysis for optimizing receiver design and system performance on free space optical communication links

Açık alan optik kominikasyon linkleri sistem performansı için atmosferik türbülans modelleme ve optimum alıcı açıklık analizi

PDF İndir

  1. Tez No: 313541
  2. Yazar: HAŞİM MERİÇ
  3. Danışmanlar: PROF. DR. AYHAN ALTINTAŞ, YRD. DOÇ. DR. HEBA YÜKSEL
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Mühendislik Bilimleri, Electrical and Electronics Engineering, Engineering Sciences
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2012
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
  10. Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 118

Özet

Gerçek zamanlı optik telekomünikasyon linkleri kullanılarak alınan güçlü türbülans Ölçümleri atmosferde ilerleyen Işık huzmesi üzerindeki atmosferik etkileri incelemek için çok değerlidir. Kullanılan herhangi bir açık alan optik komünikasyon linkinde kırılma indisi yapısal sabitini bilmek veya kestirmek iletişim hattının optimum bant genişliği hakkında bilgi edinmek için pek değerlidir. Açık alan komünikasyon linkinin çok yüksek noktalara konuşlandırıldığı durumlarda bile iki alışverişçi arasında beklenmedik türbülans etkileri görülebilmektedir. Tüm türbülans rejimlerini kapsayacak genel bir teorinin varlığı alıcı tarafında eşzamanlı sinyal işleyerek veya ek bir donanım yardımı ile komünikasyon linkinin optimum bant genişliğini ilk elde belirlemede etkili olacaktır. Literatürde ışık huzmesinin türbülans ortamında ilerlemesi özellikle orta ve yüksek güçteki türbülans medyaları için dikkat çekici bir konu olmuştur. İyi kontrol edilmiş ve belirlenen güçte türbülans etkimiş bir ışık huzmesi simülasyonu yapmak açık alan optik komünikasyon linkleri için hızlı pratik ve işe yarar bir yöntem teşkil etmektedir.Tüm bu nedenlerden dolayı, güçlü türbülans verisi yerden 85 cm yükseklik ve de kabul edilebilir eğimi olan 250 m uzunlukta deneysel bir alanda kurulan açık alan optik komünikasyon kurulumundan yararlanılarak elde edilmiştir. Türbülansa etkiyen ve tetikleyen parametreler hakkında bilgi sahibi olabilmek için çeşitli türbülans güç hesaplama ve kestirim metotlarının yanında eşzamanlı çerçeve görüntü analiz metotları da geliştirilmiştir. Elde edilen veriler var olan zayıf ve orta güçteki türbülans verileri ile karşılaştırılmıştır. Farklı güçteki türbülans verilerinin ortalama açıklık faktörünün yanında atmosferik güç spektrumunun içsel ve dışsal skala değerleri araştırılmıştır. Ortalama açıklık faktörü hesaplanmak üzere mekansal özellikleri kullanarak yeni bir metot sunulmuştur. Gücü kontrol edilebilir bir türbülans ortamı seri olarak önceden ortalaması ve de varyansı karar verilmiş rastgele atanmış frekans ve güç değerlerine sahip faz ekranları kullanılıp ışık huzmesinin yayılımı açısal frensel kırlım metodu kullanılarak oluşturulmuştur. Türbülans ortamının etkisi modifiye edilmiş von Karman spektrumu kullanılarak yayılan ışık huzmesine etkimiştir. Alıcıda Yaratılan ışıldama faz ekranı ile farklı türbülans rejimlerinde ve farklı deney ortamlarında alınan deneysel verilerimizin sonuçları karşılaştırılıp test edilmiştir. Kestirilmektedir ki literatürdeki atmosferik ışık huzmesi yayılımındaki sonuçlara engel teşkil eden faktörler sıralı atmosferik faz dokusu ve de yüzeysel dağılımıdır ışık huzmesi dağılımıdır. Bu iki engelin üstesinden gelebilmek için simülasyon ve deneysel sonuçların ortalama açıklık faktörleri hesaplanmıştır. Bu sayede gerçeğe daha yakın türbülans ışıldamaları elde etmek mümkün olup farklı türbülans rejimlerinde türbülansa etki eden parametreler belirgin hale gelmektedir. Simülasyon sonuçlarımız bize türbülans doğası ve ortamı hakkında ele gelmez bir içgörü vermektedir. Aynı zamanda gerçek zamanlı tüm optik açık alan komünikasyon linklerinde temel problem olan güç yoğunluğu dalgalanmaları üzerinde etkili olan parametreler üzerindeki anlayışımızı güçlendirmektedir.

Özet (Çeviri)

Strong turbulence measurements that are taken using real time optical wireless experimental setups are valuable when studying the effects of turbulence regimes on a propagating optical beam. In any kind of Free Space Optical (FSO) system, knowing the strength of the turbulence thus the refractive index structure constant ($C_n^2$), is beneficial for having an optimum bandwidth of communication. Even if the FSO Link is placed very well-high-above the ground just to have weak enough turbulence effects, there can be severe atmospheric conditions that can change the turbulence regime. Having a successful theory that will cover all regimes will give us the chance of directly processing the image in existing or using an additional hardware thus deciding on the optimum bandwidth of the communication line at firsthand.In literature, simulation of beam propagation through turbulent media has always been a tricky subject when it comes to moderate-to-strong turbulent regimes. Creating a well controlled turbulent environment is beneficial as a fast and a practical approach when it comes to testing the optical wireless communication systems in diverse atmospheric conditions.For all of these purposes, strong turbulence data have been collected using an outdoor optical wireless setup placed about 85 centimeters above the ground with an acceptable declination and a path length of about 250 meters inducing strong turbulence to the propagating beam. Variety of turbulence strength estimation methods as well as frame image analysis techniques are then been applied to the experimental data in order to study the effects of different parameters on the result. Such strong turbulence data is compared with existing weak and intermediate turbulence data. The Aperture Averaging (AA) Factor for different turbulence regimes as well as the inner and outer scales of atmospheric turbulence are also investigated. A new method for calculating the Aperture Averaging Factor is demonstrated deducing spatial features at the receiver plane. Controlled turbulent media is created using multiple phase screens each having supervised random variations in its frequency and power while the propagated beam is calculated using Fresnel diffraction method. The effect of the turbulent media is added to the propagated beam using the modified Von Karman spectrum. Created scintillation screens are tested and compared with the experimental data which are gathered in different turbulence regimes within various atmospheric conditions. We believe that the general drawback of the beam propagation simulation is the difference in terms of spatial distribution and sequential phase textures. To overcome these two challenges we calculate the Aperture Averaging Factors to create more realistic results. In this manner, it is possible to create more viable turbulent like scintillations thus the relationship between the turbulence strength and the simulated turbulence parameters are distinctly available. Our simulation gives us an elusive insight on the real atmospheric turbulent media. It improves our understanding on parameters that are involved in real time intensity fluctuations that occur in every optical wireless communication system.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    746232

    Physical layer security performance of satellite networks

    Uydu ağlarının fiziksel katman güvenlık başarımı

    OLFA BEN YAHIA

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2022

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    Prof. Dr. GÜNEŞ ZEYNEP KARABULUT KURT

    Assoc. Prof. Dr. EYLEM ERDOĞAN

  2. Tez No

    184662

    Serbest uzay optik haberleşme sistemlerinde türbülansın etkisi ve bit hata oranının incelenmesi

    Investigating the effects of turbulence and bit error rates in free-space optical communication systems

    ELİF URAS

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2006

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiGazi Üniversitesi

    Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    Y.DOÇ.DR. KAMİL CEM NAKİBOĞLU

  3. Tez No

    154594

    Bilecik ilinin hava kirliliği envanteri ve hava kalitesi modellemesi

    Air pollution inventory and air quality modeling in Bilecik

    GAMZE GÖKMEN SÖZAK

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2004

    Çevre MühendisliğiYıldız Teknik Üniversitesi

    Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    Y.DOÇ.DR. ARSLAN SARAL

  4. Tez No

    66829

    Rüzgar enerjisi dönüşüm sistemlerinin aerodinamik kapsamı ve güç belirlenmesi analizlerinde potansiyel akım yöntemleri

    Aerodynamic aspects of wind energy conversion systems and potential flow methods in performance prediction analysis

    ALİ ALPER AKYÜZ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    1997

    Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Uçak Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. M. ADİL YÜKSELEN

  5. Tez No

    636968

    Lazer huzmesindeki optik seğirmenin bastırılmasına yönelik bir kontrolcü tasarımı

    Controller design for suppression of the jitter in laser beam

    HARUN TURAN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2020

    Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolYıldız Teknik Üniversitesi

    Kontrol ve Otomasyon Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ŞEREF NACİ ENGİN

Geri Dön