大氣湍流是影響星地激光通信光信號(hào)傳輸質(zhì)量的重要因素,地面發(fā)出的上行光束先通過(guò)大氣層再進(jìn)入自由空間傳輸,受大氣影響更為嚴(yán)重,會(huì)產(chǎn)生光束漂移效應(yīng)以及高階光束畸變導(dǎo)致的遠(yuǎn)場(chǎng)光強(qiáng)分布不均勻。由于星上激光終端天線尺寸遠(yuǎn)小于光場(chǎng)的面積,漂移效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致上行光束覆蓋位置隨機(jī)變化,進(jìn)而導(dǎo)致星上終端接收功率隨機(jī)起伏,系統(tǒng)誤碼率增加,星上接收機(jī)無(wú)法進(jìn)行補(bǔ)償�，F(xiàn)在國(guó)際上通用的上行鏈路的補(bǔ)償方法是地面終端采用多孔徑發(fā)射,通過(guò)多個(gè)孔徑發(fā)射上行光束,使光束傳輸經(jīng)過(guò)不同路徑,從而使得星上終端接收機(jī)的接收功率平均化,降低星上終端接收功率的起伏效應(yīng)。但對(duì)于高速上行通信信號(hào)光,多孔徑發(fā)射的信號(hào)光由于發(fā)射位置的光軸不能時(shí)刻共軸,會(huì)導(dǎo)致上行信號(hào)光比特位同步降低,會(huì)對(duì)上行激光傳輸造成一些影響。本文將分析在地面發(fā)射天線增加大氣湍流預(yù)補(bǔ)償措施,通過(guò)下行自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)對(duì)大氣信道的波前進(jìn)行探測(cè),進(jìn)而對(duì)上行發(fā)射光束進(jìn)行自適應(yīng)預(yù)補(bǔ)償,降低星地上行光束的光束漂移效應(yīng)和高階畸變效應(yīng),提高上行鏈路通信質(zhì)量。本文主要研究工作如下:1.對(duì)大氣湍流的性質(zhì)進(jìn)行研究,了解其基本的模型。然后對(duì)大氣湍流所帶來(lái)的一系列宏觀效應(yīng)進(jìn)行分析,根據(jù)不同的大氣模型,得到與宏觀效應(yīng)相對(duì)應(yīng)原理及公式,便于對(duì)所建立的激光傳輸模型進(jìn)行驗(yàn)證。2.利用相位屏仿真的方法得到星地下行鏈路接收的相位信息,用Zernike多項(xiàng)式法求解得到畸變相位由低階到高階的系數(shù),用模式法進(jìn)行補(bǔ)償,以此作為星地上行鏈路的相位補(bǔ)償信息。3.理論上論述預(yù)補(bǔ)償對(duì)于上行激光鏈路可行性,建立受大氣湍流影響的星地激光上行傳輸?shù)哪Ｐ?用已有的理論和公式驗(yàn)證模型的正確性,再對(duì)上行鏈路進(jìn)行預(yù)補(bǔ)償,觀察預(yù)補(bǔ)償后的光場(chǎng)和光束漂移方差,對(duì)補(bǔ)償?shù)男ЧM(jìn)行分析。4.使用OOK調(diào)制方式,分析補(bǔ)償?shù)碾A數(shù)和誤碼率的關(guān)系,得到合適的補(bǔ)償階數(shù)。在預(yù)補(bǔ)償?shù)臈l件下,對(duì)星地上行通信的參數(shù)進(jìn)行分析。完成星地上行鏈路光束漂移效應(yīng)的預(yù)補(bǔ)償研究。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TN929.1
【部分圖文】：

圖 1-1 衛(wèi)星 TSX-5 上的通信終端 STRV-2[6]圖 1-2 OGS 的照片[8]上個(gè)世紀(jì) 70 年代，歐洲繼美國(guó)之后也開(kāi)始進(jìn)行衛(wèi)星光通信方面的研側(cè)重方向上，歐空局更加把重心放到了星間通信。前期進(jìn)行基礎(chǔ)研究計(jì)劃以及發(fā)展先進(jìn)的系統(tǒng)技術(shù)計(jì)劃[7]，都是為日后的衛(wèi)星激光通信足的準(zhǔn)備，其廣闊的前景也吸引了歐洲多個(gè)國(guó)家都對(duì)這些計(jì)劃進(jìn)行

-2-圖 1-2 OGS 的照片[8]0 年代，歐洲繼美國(guó)之后也開(kāi)始進(jìn)行衛(wèi)星光通信方，歐空局更加把重心放到了星間通信。前期進(jìn)行發(fā)展先進(jìn)的系統(tǒng)技術(shù)計(jì)劃[7]，都是為日后的衛(wèi)星激其廣闊的前景也吸引了歐洲多個(gè)國(guó)家都對(duì)這些計(jì)劃的實(shí)現(xiàn)可以驗(yàn)證星間激光通信的可行性。兩個(gè) 3 月和 2001 年 7 月發(fā)射入軌，在進(jìn)行了四個(gè)月的進(jìn)行了衛(wèi)星間的激光通信試驗(yàn)，并獲得了成功，，也確立了歐洲在星間激光通信的領(lǐng)先地位。同鏈路的實(shí)驗(yàn)，目的是為了測(cè)量誤碼率，得到的結(jié)面基站 OGS 實(shí)物照片如圖 1-2 所示[8]，歐洲也進(jìn)行可達(dá) 5.625Gbps[9]。2008 年，歐洲也開(kāi)始研究中繼

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文首顆承載著新一代的衛(wèi)星通信終端的衛(wèi)星，用來(lái)實(shí)速通信，通信的距離最高達(dá)到 75000 公里，數(shù)據(jù)傳衛(wèi)星激光通信的研究比前兩者稍晚，在上個(gè)世紀(jì) 80研究，相關(guān)的研究機(jī)構(gòu)有宇宙開(kāi)發(fā)事業(yè)團(tuán)等。在 20驗(yàn)，發(fā)射端在日本的地面站，接收端為歐空局衛(wèi)星 ALE，如圖 1-3 所示為光通信終端 OPALE。2005 年，在 2006 年進(jìn)行了低軌衛(wèi)星的星地通信，這是世界間的通信[10,11]，同時(shí)也標(biāo)志著星地間激光高速通信的研究激光數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星，計(jì)劃于 2020 年前發(fā)射相關(guān)

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