卫星光通信终端空间光至单模光纤自动耦合研究

发布时间：2017-09-24 03:14

  本文关键词：卫星光通信终端空间光至单模光纤自动耦合研究

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【摘要】：在当今社会科学技术飞速发展进步,很多时候人类的需求会超越当前的水平,在通信领域也是如此。人们总是渴望着更加快速地信息交流,网络速度不断地更新迭代就是不断地顺应人类的需求。目前人类主要是采用微波通信,但是现在微波通信面临一个瓶颈窘境,很难做出突出的发展进步,所以卫星光通信顺应时代潮流及时出现,但是卫星光通信还是处于初期阶段,距离真正地商业化使用还是有一定的距离。在卫星光通信中通信的稳定性和可靠性至关重要,空间光至单模光纤的耦合则是制约通信质量的一个重要因素。只有在空间光能够高效率地耦合到单模光纤中才可以进行光放大和滤波处理等后续工作来充分保证通信质量。但是单模光纤的纤芯是非常小的,所以任何一点微小的偏移改变都能够对耦合效率产生巨大的影响。空间光至单模光纤的耦合中耦合效率主要受到两个方面的影响,一方面是耦合模式匹配的问题,另外一方面就是耦合之前光线与光纤的对准问题。本文依据相关的模式匹配原理推导了耦合效率公式并做了相关的仿真,探讨理想情况下影响耦合效率的因素。另外结合可能产生的单模光纤的偏移问题进行了研究,推导出了在存在各种偏移情况下耦合效率公式。针对耦合效率容易受到横向偏移的影响,本文提出使用控制算法进行空间光至单模光纤自动耦合控制,实现动态补偿。空间光至单模光纤自动耦合控制最重要的就是控制算法选用,本文主要选用模式搜索法和粒子群优化算法这两种控制算法进行比对。首先是运用相关的耦合效率公式分别采用两种寻优算法做仿真,查看两种算法在仿真中具体的性能表现。通过仿真结合每种方法的搜索次数和最后的搜索结果来看,粒子群优化算法抵抗外界干扰的能力较强,不会受到太多的影响。相反模式搜索法则是容易受到外界干扰的影响而使搜索次数随干扰大小而变化。实验过程中利用快速倾斜镜来对耦合到单模光纤之前的光产生一个随机的干扰,分别通过两种算法来及时调整单模光纤保证耦合效率处在一个较高的水平。实验结果表明粒子群算法在补偿单模光纤损耗上比模式搜索算法具有更强的可靠性。
【关键词】：卫星光通信 空间光 单模光纤 耦合效率 粒子群优化算法 模式搜索法
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN929.1
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-16
• 1.1 课题背景与课题来源9-12
• 1.1.1 卫星光通信的发展9-12
• 1.1.2 课题来源12
• 1.2 国内外发展现状12-15
• 1.2.1 国外空间光至光纤耦合发展状况12-14
• 1.2.2 国内空间光至光纤耦合的发展状况14-15
• 1.3 本文的主要内容和结构安排15-16
• 1.3.1 本文的主要研究内容15
• 1.3.2 论文结构安排15-16
• 第2章 不同干扰下空间光至单模光纤的耦合16-30
• 2.1 在无干扰情况下空间光至单模光纤的耦合性质16-21
• 2.2 存在干扰情况中空间光至单模光纤的耦合效率性质探究21-29
• 2.2.1 光与光纤耦合中出现横向偏差与角度偏差状况时耦合效率形式22-25
• 2.2.2 透镜光纤对准过程中出现轴向偏差情况时的耦合效率形式25-29
• 2.3 本章小结29-30
• 第3章 耦合效率控制算法建模30-42
• 3.1 控制算法中心思想30-33
• 3.1.1 模式搜索简介30-31
• 3.1.2 粒子群优化算法简介31-33
• 3.2 算法建模33-41
• 3.2.1 模式搜索算法建模仿真33-36
• 3.2.2 粒子群优化算法建模仿真36-41
• 3.2.3 两种算法比较41
• 3.3 本章小结41-42
• 第4章 空间光至单模光纤自动耦合控制实验研究42-55
• 4.1 实验系统介绍42-45
• 4.2 实验结果分析45-54
• 4.3 本章小结54-55
• 结论55-56
• 参考文献56-62
• 致谢62

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本文编号：909026