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星地上行激光通信光束漂移效应预补偿研究

赵庆明  
【摘要】:大气湍流是影响星地激光通信光信号传输质量的重要因素,地面发出的上行光束先通过大气层再进入自由空间传输,受大气影响更为严重,会产生光束漂移效应以及高阶光束畸变导致的远场光强分布不均匀。由于星上激光终端天线尺寸远小于光场的面积,漂移效应会导致上行光束覆盖位置随机变化,进而导致星上终端接收功率随机起伏,系统误码率增加,星上接收机无法进行补偿。现在国际上通用的上行链路的补偿方法是地面终端采用多孔径发射,通过多个孔径发射上行光束,使光束传输经过不同路径,从而使得星上终端接收机的接收功率平均化,降低星上终端接收功率的起伏效应。但对于高速上行通信信号光,多孔径发射的信号光由于发射位置的光轴不能时刻共轴,会导致上行信号光比特位同步降低,会对上行激光传输造成一些影响。本文将分析在地面发射天线增加大气湍流预补偿措施,通过下行自适应光学系统对大气信道的波前进行探测,进而对上行发射光束进行自适应预补偿,降低星地上行光束的光束漂移效应和高阶畸变效应,提高上行链路通信质量。本文主要研究工作如下:1.对大气湍流的性质进行研究,了解其基本的模型。然后对大气湍流所带来的一系列宏观效应进行分析,根据不同的大气模型,得到与宏观效应相对应原理及公式,便于对所建立的激光传输模型进行验证。2.利用相位屏仿真的方法得到星地下行链路接收的相位信息,用Zernike多项式法求解得到畸变相位由低阶到高阶的系数,用模式法进行补偿,以此作为星地上行链路的相位补偿信息。3.理论上论述预补偿对于上行激光链路可行性,建立受大气湍流影响的星地激光上行传输的模型,用已有的理论和公式验证模型的正确性,再对上行链路进行预补偿,观察预补偿后的光场和光束漂移方差,对补偿的效果进行分析。4.使用OOK调制方式,分析补偿的阶数和误码率的关系,得到合适的补偿阶数。在预补偿的条件下,对星地上行通信的参数进行分析。完成星地上行链路光束漂移效应的预补偿研究。


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