本文關(guān)鍵詞：基于星間激光通信終端的光學(xué)天線設(shè)計(jì)與雜散光研究

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【摘要】：星間激光通信是空間激光通信網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分,衛(wèi)星之間數(shù)百甚至上萬公里的信息傳輸使到達(dá)終端的通信光能量極其微弱,而星上終端處于復(fù)雜的空間環(huán)境中,當(dāng)雜散光進(jìn)入通信終端時(shí),會(huì)對(duì)跟蹤捕獲及通信過程造成很大影響。為了實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的星間激光通信,必須對(duì)光學(xué)天線設(shè)計(jì)和雜散光抑制進(jìn)行研究。不同于其他空間光學(xué)系統(tǒng)的是,收發(fā)一體的星間激光通信終端不僅要考慮空間環(huán)境的外部雜散光,還要考慮發(fā)射光束被各個(gè)光學(xué)元件后向反射產(chǎn)生的內(nèi)部雜散光。本文以此為出發(fā)點(diǎn)進(jìn)行了如下幾方面的分析研究:1)對(duì)各種典型的天線光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行比較分析,根據(jù)設(shè)計(jì)指標(biāo),最終確定了以改進(jìn)的同軸卡塞格林結(jié)構(gòu)和離軸兩反結(jié)構(gòu)作為光學(xué)天線進(jìn)行研究,使用Zemax軟件完成了光學(xué)設(shè)計(jì)并對(duì)兩種天線進(jìn)行了像質(zhì)分析。2)依據(jù)星間激光通信終端所處空間環(huán)境,對(duì)外部雜散光進(jìn)行了對(duì)比分析。總結(jié)了空間光學(xué)系統(tǒng)雜散光的分析模型、常見的消雜光方法以及雜散光評(píng)價(jià)函數(shù)。以改進(jìn)的卡塞格林天線為例,設(shè)計(jì)了各級(jí)消雜光結(jié)構(gòu),并通過仿真實(shí)驗(yàn)分析了消雜光效果。3)針對(duì)星間激光通信系統(tǒng)的光學(xué)天線,提出了一種提高系統(tǒng)隔離度水平的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法,該方法通過增大YNI值減弱天線各元件表面的后向反射能量強(qiáng)度,在Light Tools軟件中進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn),分析結(jié)果驗(yàn)證了該方法的正確性。對(duì)典型通信終端整體隔離度進(jìn)行了計(jì)算,結(jié)果表明天線隔離度決定了終端整體的隔離度水平。分別研究了在IM/DD體制和相干探測(cè)體制下,通信單元探測(cè)器輸出功率信噪比的計(jì)算方法,分析了系統(tǒng)在不同隔離度水平的情況下,信噪比的變化趨勢(shì),闡明了隔離度高低對(duì)激光通信終端的重要影響。本文通過對(duì)收發(fā)一體星間激光通信終端光學(xué)天線設(shè)計(jì)和雜散光抑制的研究,為實(shí)際工程提供了有價(jià)值的參考。
【關(guān)鍵詞】：星間激光通信 光學(xué)天線設(shè)計(jì) 外部雜散光 隔離度 信噪比
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN929.1;TN820
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-21
• 1.1 研究背景及意義11-12
• 1.2 國內(nèi)外研究進(jìn)展12-19
• 1.2.1 國外研究進(jìn)展12-18
• 1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀18-19
• 1.3 本文研究的主要內(nèi)容和章節(jié)安排19-21
• 第2章 天線光學(xué)系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)21-39
• 2.1 星間激光通信終端組成及各部分功能21-22
• 2.2 激光通信天線光學(xué)系統(tǒng)介紹22-28
• 2.2.1 透射式結(jié)構(gòu)22-23
• 2.2.2 反射式結(jié)構(gòu)23-28
• 2.2.3 折反混合式結(jié)構(gòu)28
• 2.3 星間激光通信天線光學(xué)系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)28-37
• 2.3.1 關(guān)鍵參數(shù)選取29-31
• 2.3.2 卡塞格林式光學(xué)天線設(shè)計(jì)與像質(zhì)分析31-36
• 2.3.3 離軸兩反式光學(xué)天線設(shè)計(jì)與像質(zhì)分析36-37
• 2.4 本章小結(jié)37-39
• 第3章 外部雜散光理論研究與消雜光設(shè)計(jì)39-53
• 3.1 星間激光通信系統(tǒng)外部雜散光理論研究39-42
• 3.1.1 雜散光類別概述39
• 3.1.2 星間激光通信系統(tǒng)外部雜散光來源39-42
• 3.2 光學(xué)系統(tǒng)消雜光方法研究42-47
• 3.2.1 光學(xué)元件表面散射模型42-44
• 3.2.2 雜散光傳輸方程44-45
• 3.2.3 消雜散光方法45-46
• 3.2.4 雜散光抑制水平評(píng)價(jià)函數(shù)46-47
• 3.3 基于D-K天線的消雜光設(shè)計(jì)與結(jié)果分析47-52
• 3.3.1 D-K天線系統(tǒng)的消雜光設(shè)計(jì)研究47-51
• 3.3.2 消雜光結(jié)果仿真分析51-52
• 3.4 本章小結(jié)52-53
• 第4章 內(nèi)部雜散光研究53-79
• 4.1 內(nèi)部雜散光理論研究53-58
• 4.1.1 內(nèi)部雜散光的產(chǎn)生與評(píng)價(jià)方法53-55
• 4.1.2 內(nèi)部雜散光抑制方法概述55-56
• 4.1.3 基于冷反射理論的天線后向反射強(qiáng)度評(píng)價(jià)方法56-58
• 4.2 光學(xué)天線的仿真驗(yàn)證與優(yōu)化設(shè)計(jì)58-63
• 4.2.1 D-K天線系統(tǒng)的建模和仿真分析58-60
• 4.2.2 D-K天線優(yōu)化設(shè)計(jì)60-62
• 4.2.3 離軸兩反天線系統(tǒng)的建模和仿真分析62-63
• 4.3 激光通信終端總體隔離度分析63-67
• 4.3.1 典型終端的多光束隔離63-64
• 4.3.2 總隔離度的計(jì)算64-66
• 4.3.3 終端總隔離度隨天線后向發(fā)射率的變化研究66-67
• 4.4 隔離度對(duì)信噪比的影響研究67-77
• 4.4.1 IM/DD體制下隔離度對(duì)信噪比的影響研究68-72
• 4.4.2 相干通信體制下隔離度對(duì)信噪比的影響研究72-77
• 4.5 本章小結(jié)77-79
• 第5章 總結(jié)與展望79-81
• 5.1 總結(jié)79-80
• 5.2 本文創(chuàng)新點(diǎn)80
• 5.3 研究展望80-81
• 參考文獻(xiàn)81-87
• 在學(xué)期間學(xué)術(shù)成果情況87-88
• 指導(dǎo)教師及作者簡介88-89
• 致謝89-90

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：973776