17256

17256

شبيه سازي مخابرات ليزري زير آب

دكتري

اتمي و ملكولي

اسفند 1395

دكتر بيژن غفاري

فيزيك

پايان¬نامه حاضر تحت عنوان شبيه¬سازي مخابرات ليزري زير آب، با توجه به اهميت موضوع به عنوان فناوري قابل پيشرفت براي كاربردهاي زيادي همچون ارتباط بين غواصان، زيردرياييها، شناورهاي زير سطحي بدون سرنشين و كشتي¬ها تنظيم شده¬است. در ابتدا مروري كوتاه بر ارتباطات فضاي آزاد نوري (اتمسفر)، با توجه به تشابه¬هاي آن با محيط زير آب خواهيم داشت و كارهايي را كه در اين محيط تصادفي انجام داده¬ايم معرفي مي¬كنيم. در ادامه تأثير پديده-هاي اقيانوسي جذب، پراكندگي و تلاطم بر روي پارامترهاي مشخصۀ باريكۀ ليزري از قبيل شدت، عرض باريكه، درجه طيفي همدوسي و عرض موثر درجه طيفي همدوسي براي باريكه منتشره در آب دريا و فاكتورهاي كيفيت لينك مثل نرخ خطاي بيت و نسبت سيگنال به نويز بصورت شبيه¬سازي تئوري مورد مطالعه و تحليل قرار خواهند¬گرفت. بمنظور شبيه¬سازي صحيح، طراحي مناسب اپتيكي براي گيرنده و فرستنده صورت پذيرفته و از اطلاعات ثبت¬شده در سامانه¬هاي معتبر جغرافيايي از جملۀ اطلاعات موجود در سامانه ناسا براي مشخصات آب¬هاي بومي ايران و استخراج ميزان كلروفيل استفاده شده¬است. در شبيه¬سازي تئوري يك لينك مخابراتي كامل، از دو انتگرال تعميم¬يافته هويگنس-فرنل در مسير داخل آب¬هاي متلاطم و انتگرال تعميم¬يافته كولينز در دو سيستم اپتيكي گيرنده و فرستنده استفاده شده¬است. در ابتدا پديدۀ تضعيف ناشي از جذب و پراكندگي مورد تحليل و مطالعه قرار گرفته و در قدم بعد، تأثير پديدۀ تلاطم اقيانوسي نيز به آن افزوده شده¬است. و نتايج در مورد مخابرات ليزري زيرآبي در درياهاي ايران نيز مورد بررسي و تجزيه و تحليل قرار گرفته است.

1396/02/23

1/1/1900 12:00:00 AM

Given the importance of advancing communication technologies between divers, submarines, unmanned underwater vehicles, and ships, this thesis was designed to address this subject under the title of “Simulation of underwater laser communications.” We briefly review optical communications in free space, provided its similarity to an underwater environment. We then introduce our simulations in this stochastic environment. We next theoretically analyze and simulate the effect of oceanic phenomena including absorption, scattering, and turbulence on various parameters of propagating laser beam in seawater. These parameters include intensity, beam width, spectral degree of coherency, and effective width of spectral degree of coherence. Additionally, Link quality factors such as BER and SNR are theoretically analyzed and simulated. To build a realistic simulation, we have optimized our design for an optical sender/receiver model. Moreover, we have collected chlorophyll measurements and local water features from various reliable sources including NASA‘s database. In our theoretical simulations of a complete communication link; for signal attenuation along the link in seawater, we have utilized extended Huygens-Fresnel principle; and for modeling the effect of optical sender/receiver system, we have used the extension of Collins’ integral. We initially study the weakening phenomena due to the absorbance and scattering and then impose the effect of oceanic turbulence. Finally, we study and analyze the effect of Iranian seas’ parameters on optical underwater communication.