【摘要】：空間激光通信技術(shù)作為下一代通信技術(shù),近年來(lái)受到了世界各國(guó)的廣泛關(guān)注,并在該研究領(lǐng)域展開(kāi)了激烈的競(jìng)爭(zhēng)。目前在空間激光通信研究領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位的是美國(guó)、歐洲和日本,他們對(duì)該領(lǐng)域的研究均已進(jìn)入了衛(wèi)星實(shí)驗(yàn)階段,其他國(guó)家也在大力發(fā)展空間激光通信技術(shù)。利用成熟的地面光纖通信技術(shù)來(lái)提高空間激光通信系統(tǒng)性能已成為主流選擇之一,光放大器和波分復(fù)用技術(shù)可以有效地提高空間激光通信系統(tǒng)的探測(cè)靈敏度和通信數(shù)據(jù)率。因此,空間光耦合進(jìn)單模光纖的耦合效率將直接影響系統(tǒng)能量使用效率,而受衛(wèi)星平臺(tái)有效載荷功耗和體積苛刻的條件限制,提高耦合效率也是必須研究的,近些年來(lái)已形成了研究熱點(diǎn)。在空間激光通信鏈路中,由于湍流會(huì)造成大氣信道折射率的隨機(jī)起伏,信號(hào)光在傳輸時(shí)會(huì)產(chǎn)生波前相位畸變且空間相干性下降,使接收端光場(chǎng)與單模光纖模場(chǎng)的匹配程度降低,引入了耦合損耗,導(dǎo)致空間光至單模光纖耦合效率下降。迄今為止,大氣湍流對(duì)空間激光通信系統(tǒng)性能影響的研究主要考慮的是Kolmogorov湍流,然而近年來(lái)越來(lái)越多的理論和實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果已經(jīng)表明,Non-Kolmogorov湍流是更接近大氣湍流實(shí)際情況的理想模型,該模型增加了功率譜冪律α這一重要參數(shù)。目前,針對(duì)基于單模光纖耦合的空間激光通信系統(tǒng)需要研究的問(wèn)題如下:(1)功率譜冪律α的改變將對(duì)大氣湍流的狀態(tài)造成影響,使經(jīng)過(guò)大氣湍流后的信號(hào)光場(chǎng)發(fā)生改變,導(dǎo)致單模光纖耦合效率發(fā)生變化,進(jìn)而對(duì)空間激光通信系統(tǒng)性能產(chǎn)生影響。因此,需要建立基于Non-Kolmogorov湍流的單模光纖平均耦合效率理論模型。(2)針對(duì)功率譜冪律α的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)隨機(jī)變化情況,需建立基于Non-Kolmogorov湍流的光強(qiáng)起伏時(shí)間頻率譜理論模型。(3)空間激光通信系統(tǒng)采用光纖耦合技術(shù)時(shí),系統(tǒng)誤碼率一般與光纖耦合效率并不滿足線性的制約關(guān)系,且需對(duì)接收到的信號(hào)光場(chǎng)進(jìn)行相位補(bǔ)償。因此,在分析空間激光通信系統(tǒng)性能時(shí)光纖耦合效率的概率分布至關(guān)重要,需建立基于Non-Kolmogorov湍流的經(jīng)過(guò)相位補(bǔ)償后單模光纖耦合效率概率分布理論模型。本文的主要?jiǎng)?chuàng)新工作是以大氣湍流實(shí)際情況(Non-Kolmogorov湍流)為研究對(duì)象,針對(duì)以上存在的問(wèn)題:1.建立了基于Non-Kolmogorov湍流的單模光纖平均耦合效率理論模型,獲得了功率譜冪律α參數(shù)變化與單模光纖平均耦合效率的相互制約關(guān)系。2.建立了基于Non-Kolmogorov湍流的光強(qiáng)起伏時(shí)間頻率譜理論模型,給出了高斯光束光強(qiáng)起伏時(shí)間頻率譜隨發(fā)射參數(shù)的變化關(guān)系,為實(shí)驗(yàn)測(cè)量功率譜冪律α提供了理論依據(jù)。3.建立了基于Non-Kolmogorov湍流的經(jīng)過(guò)相位補(bǔ)償后單模光纖耦合效率概率分布理論模型,分析了發(fā)射參數(shù)和功率譜冪律α對(duì)高斯光束經(jīng)過(guò)相位補(bǔ)償后單模光纖耦合效率概率分布的影響。4.針對(duì)所建立理論模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,進(jìn)行了11.16km城市水平鏈路空間光至單模光纖耦合實(shí)驗(yàn)。本文的研究工作是關(guān)于Non-Kolmogorov湍流及其對(duì)空間光至單模光纖耦合效率影響的應(yīng)用基礎(chǔ)研究,解決了空間激光通信系統(tǒng)中亟需面對(duì)的科學(xué)問(wèn)題,即功率譜冪律α對(duì)空間光至單模光纖耦合影響的問(wèn)題。該項(xiàng)研究進(jìn)一步擴(kuò)展了空間光至單模光纖耦合理論,為基于光纖耦合的空間激光通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及參數(shù)優(yōu)化提供了理論依據(jù)。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TN929.1
【圖文】：

圖1-1 LADEE飛船及其激光通信終端的照片hotographs of the LADEE satellite and the laser communicat 月，NASA在美國(guó)弗吉尼亞州瓦勒普斯島成功發(fā)射(Lunar Atmosphere and Dust Environment Explor了麻省理工學(xué)院林肯實(shí)驗(yàn)室研制的月地激光通信演nications Demonstration, LLCD )終端。在此次實(shí)驗(yàn)利用脈沖位置調(diào)制(Pulse Position Modulation, PP激光通信，其中上行激光通信數(shù)據(jù)率為 20Mbps，Mbps[16-26]。圖 1-1 給出了美國(guó)月球大氣塵埃環(huán)

5.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及方案5.1.1 大氣外場(chǎng)光纖耦合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)圖 5-1 給出了大氣外場(chǎng)光纖耦合實(shí)驗(yàn)的光學(xué)鏈路圖，鏈路的發(fā)射端在哈爾濱市松北區(qū)的一棟樓房中，接收端在哈爾濱市南崗區(qū)的另一棟樓房中。GPS 測(cè)得發(fā)射端和接收端之間的直線距離約為 11.16km。實(shí)驗(yàn)鏈路所經(jīng)過(guò)的地形非常復(fù)雜，其中包括了街道、建筑物、松花江以及松花江周?chē)臐竦氐�，因此�?shí)驗(yàn)鏈路無(wú)法保證均勻的大氣狀態(tài)，這將會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生一定程度的影響。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

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本文編號(hào)：2725790