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

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.