空间激光通信接收视场角范围扩大技术研究

发布时间：2020-09-10 14:22

　　空间激光通信技术是如今新兴起的一种通信技术,凭借其信息容量大、传输数率高、抗电磁干扰等优势,无论在星间组网方面,还是空潜通信方面,都有着重要的研究和应用价值,尤其在地面空间激光通信方面的研究及成果颇多。然而,制约空间激光通信发展的一大问题,即收发系统的对准问题,至今仍然困扰着诸多国内外研究学者。所以,开展对空间激光通信系统精确、快速对准的研究意义重大。本文从扩大空间激光通信接收视场角考虑,提出采用多孔径和离焦两种方式,在保证链路接收能量满足通信所需的前提下,提高离焦接收能量,进而增大激光通信最大接收视场角,降低对准难度。采用理论结合实验仿真的方法,推导并设计了离焦接收系统模型、多孔径发射模型和多孔径接收孔径平滑模型。实验和仿真结果表明,当系统离焦量为0.34mm时,系统的最大通信接收视场角能达到1.12mrad,是未离焦情况下的2.7倍,并且实验仿真结果与理论推导之间的最大误差不超过48μrad,在误差允许范围内,从而验证了理论的可行性。多孔径发射和接收的仿真则证明了相对于单发单收,多发多收能较好地缓解大气湍流引起的光强闪烁等问题。对未来空间激光通信接收视场角方面的研究提供了一定的理论及数据指导。
【学位单位】：长春理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN929.1
【部分图文】：

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b)图 2.1 离焦成像模型示意图a) 理想离焦光学系统图 b) 探测器面光斑图光学系统模型图 1(a)分析可知，离焦光斑半径0r 与接离焦量大小 Δx 有关，当探测器处于焦平面前 Δx 处的到光学接收系统的像面离焦光斑半径模型02D xrfδ Δ= + 设计中焦平面圆斑半径，光学系统设计越理想，δ 发，光线在焦面处汇聚成一个理想点，即02D xrf Δ≈ D = 50mm，焦距 f = 150mm，探测器半径 r = 31.2

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汗獍卟糠指哺翘讲馄髅婧凸獍咄耆鄒哺翘讲馄髅妗Ｍ?2.2 不同离焦量和视场下的光斑示意图2.2.1 光斑部分覆盖探测器面当光斑部分覆盖探测器面时，光斑与探测器重叠面积 S 如图 2.3 所示。图 2.3 光斑与探测器重叠面积示意图其中0AB = BC = r（光斑半径）， AD = DC = r（探测器半径），设光斑中心到探测器面中心的长度为BD = a，1∠C BD = θ，2∠C DB = θ，AE = EC = z，BE = x

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图 2.2(b)和图 2.2(c)依次表示随着离焦量的扩大，同一视场下光斑，图 2.2(c)和图 2.2(d)表示相同离焦量时，不同视场下的光斑与探测根据光斑占探测器面的面积大小，可以分两种情况讨论：光斑部分斑完全覆盖探测器面。图 2.2 不同离焦量和视场下的光斑示意图分覆盖探测器面部分覆盖探测器面时，光斑与探测器重叠面积 S 如图 2.3 所示。

【参考文献】