本文選題：星地激光通信　切入點：大氣湍流　出處：《中國科學技術大學》2017年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：與傳統(tǒng)的微波通信相比,激光通信具有帶寬寬、傳輸速率快、安全保密性好等優(yōu)點,已成為近年來的研究熱點。但是在星地激光通信鏈路中,湍流造成的折射率隨機變化會引起接收端的光強起伏和相位起伏,會導致系統(tǒng)信噪比降低,誤碼率升高。因此,研究大氣湍流如何影響星地激光通信的誤碼率具有重要意義。實驗方法研究該問題周期長、費用高,而通過理論分析往往因為參數(shù)眾多不能取得精確的結(jié)果,因此本文采用建模仿真的方法進行研究。本文重點闡述大氣光學湍流影響高斯信號光束整層大氣傳輸?shù)哪Ｐ秃蛿?shù)值仿真算法。并就相干BPSK或非相干OOK探測方式下,包含或不包含自適應光學校正系統(tǒng)條件下的大氣湍流影響星地激光下行鏈路誤碼率問題進行了的仿真分析。將高斯光束以一定的天頂角從地球同步軌道衛(wèi)星處出發(fā)經(jīng)過真空傳輸和大氣傳輸?shù)竭_地面站點接收端。本文采用等Rytov方差的方法對大氣湍流廓線模型下的大氣湍流進行分層,利用快速傅立葉變換的相位屏生成算法在每一層湍流中間插入一個隨機相位屏,令光束在32個相位屏之間分段傳輸?shù)玫浇邮斩说墓馐鴱驼穹�。然�?利用平面波的閃爍指數(shù)和光強概率密度對高斯光束傳輸結(jié)果進行檢驗。最后分別推導了非相干OOK調(diào)制和相干BPSK調(diào)制的光通信系統(tǒng)誤碼率模型,將星地激光下行傳輸結(jié)果帶入誤碼率模型得到大氣湍流對系統(tǒng)誤碼率的影響。同時,還利用Zernike多項式相位補償分析了自適應光學系統(tǒng)的對通信性能的提高作用。本文建立起來的星地光通信誤碼率仿真模型對星地激光通信系統(tǒng)的研制具有參考價值,可以為通信系統(tǒng)探測方式、調(diào)制方式、收發(fā)裝置的設計提供重要的理論依據(jù)。因此本文的研究成果具有重要的指導意義和參考價值。
[Abstract]:Compared with traditional microwave communication, laser communication has many advantages, such as wide bandwidth, fast transmission rate, good security and secrecy, etc. It has become a research hotspot in recent years. The random change of refractive index caused by turbulence will cause the light intensity fluctuation and phase fluctuation at the receiving end, which will reduce the SNR of the system and increase the bit error rate. It is of great significance to study how atmospheric turbulence affects the bit error rate of satellite-to-ground laser communication. The experimental method has the advantages of long period and high cost, but the theoretical analysis is often unable to obtain accurate results because of the large number of parameters. In this paper, the modeling and simulation methods are used to study the effects of atmospheric optical turbulence on the atmospheric propagation of Gao Si signal in the whole layer. In this paper, the model and numerical simulation algorithm for the atmospheric propagation of Gao Si signal in the whole layer are described. In the case of coherent BPSK or incoherent OOK detection, Simulation analysis of the effect of atmospheric turbulence on bit error rate in satellite-ground laser downlink with or without adaptive optical correction system is carried out. The Gao Si beam is emitted from geosynchronous orbit satellite at a certain zenith angle. In this paper, the atmospheric turbulence under the atmospheric turbulence profile model is stratified by using the method of equal Rytov variance. A random phase screen is inserted in the middle of each layer of turbulence by using the phase screen generation algorithm of fast Fourier transform, so that the beam propagates between 32 phase screens to obtain the complex amplitude of the beam at the receiving end. The transmission results of Gao Si beam are verified by using the flicker exponent of plane wave and the probability density of light intensity. Finally, the error rate models of incoherent OOK modulation and coherent BPSK modulation are derived, respectively. The effect of atmospheric turbulence on the error rate of the system is obtained by bringing the results of satellite and ground laser downlink transmission into the BER model. At the same time, The Zernike polynomial phase compensation is also used to analyze the effect of adaptive optical system on improving the communication performance. The simulation model of bit error rate (BER) for satellite-to-ground optical communication is established in this paper, which has reference value for the development of satellite-to-ground laser communication system. It can provide important theoretical basis for the design of detection mode, modulation mode and transceiver device of communication system, so the research results of this paper have important guiding significance and reference value.
【學位授予單位】：中國科學技術大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TN929.1

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本文編號：1567691