星地上行激光通信光束漂移效应预补偿研究

发布时间：2020-09-28 21:04

　　 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。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN929.1
【部分图文】：

图 1-1 卫星 TSX-5 上的通信终端 STRV-2[6]图 1-2 OGS 的照片[8]上个世纪 70 年代，欧洲继美国之后也开始进行卫星光通信方面的研侧重方向上，欧空局更加把重心放到了星间通信。前期进行基础研究计划以及发展先进的系统技术计划[7]，都是为日后的卫星激光通信足的准备，其广阔的前景也吸引了欧洲多个国家都对这些计划进行

-2-图 1-2 OGS 的照片[8]0 年代，欧洲继美国之后也开始进行卫星光通信方，欧空局更加把重心放到了星间通信。前期进行发展先进的系统技术计划[7]，都是为日后的卫星激其广阔的前景也吸引了欧洲多个国家都对这些计划的实现可以验证星间激光通信的可行性。两个 3 月和 2001 年 7 月发射入轨，在进行了四个月的进行了卫星间的激光通信试验，并获得了成功，，也确立了欧洲在星间激光通信的领先地位。同链路的实验，目的是为了测量误码率，得到的结面基站 OGS 实物照片如图 1-2 所示[8]，欧洲也进行可达 5.625Gbps[9]。2008 年，欧洲也开始研究中继

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文首颗承载着新一代的卫星通信终端的卫星，用来实速通信，通信的距离最高达到 75000 公里，数据传卫星激光通信的研究比前两者稍晚，在上个世纪 80研究，相关的研究机构有宇宙开发事业团等。在 20验，发射端在日本的地面站，接收端为欧空局卫星 ALE，如图 1-3 所示为光通信终端 OPALE。2005 年，在 2006 年进行了低轨卫星的星地通信，这是世界间的通信[10,11]，同时也标志着星地间激光高速通信的研究激光数据中继卫星，计划于 2020 年前发射相关

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本文编号：2829272