基于單模光纖耦合自差探測星間光通信系統(tǒng)接收性能研究.pdf

1、衛(wèi)星激光通信技術被視為是建立高速衛(wèi)星通信鏈路的有效手段，受到了國際上的廣泛重視。美國、歐洲、日本等國家和地區(qū)已相繼進行了空間實驗，成功實現(xiàn)了星間和星地高速激光通信。美國計劃2015年在第三代中繼衛(wèi)星上采用激光通信技術，準備將衛(wèi)星光通信推向?qū)嵱没?br>　　DPSK/自差探測體制具有與相干探測相媲美的高靈敏度探測能力、相對簡單的接收機結構和以波分復用方式實現(xiàn)更高速率傳輸?shù)膬?yōu)勢，是未來高速衛(wèi)星光通信技術發(fā)展中極具潛力的選擇之一。
　

2、　將空間激光高效耦合進單模光纖內(nèi)，這是基于自差探測體制的衛(wèi)星光通信系統(tǒng)的關鍵技術之一。在星間光通信中，受衛(wèi)星平臺振動、跟蹤系統(tǒng)中跟蹤探測器噪聲以及轉臺機械噪聲等因素的影響，接收端存在隨機角抖動。受光學元件加工、裝調(diào)誤差以及空間環(huán)境的影響，光學系統(tǒng)不可避免的存在形變，進而影響接收光束的波前。隨機角抖動和波前畸變將對單模光纖耦合產(chǎn)生影響，進而影響自差光通信系統(tǒng)的通信性能。此外，由于星間激光通信是在兩個相對高速運動的衛(wèi)星載體間進行，因此，必須

3、考慮衛(wèi)星間相對運動產(chǎn)生的多普勒頻移問題。
　　本文對基于單模光纖耦合、自差探測的星間激光通信系統(tǒng)接收性能進行了研究，重點對空間激光到單模光纖耦合這一關鍵技術進行了理論和實驗研究，并針對衛(wèi)星光通信特有的多普勒頻移問題進行了分析。
　　研究了隨機角抖動對空間光到單模光纖耦合效率的影響。在入射光瞳面上，建立了隨機角抖動對空間光到單模光纖耦合影響的理論模型?；谠撃Ｐ?，得到了單模光纖平均耦合效率的解析表達式，給出了耦合系統(tǒng)的優(yōu)化條件

4、。分析了隨機角抖動與光纖對準誤差的綜合影響。最后，進行了隨機角抖動對單模光纖耦合效率影響的模擬實驗研究，驗證了理論分析的正確性。
　　研究了波前畸變對空間光到單模光纖耦合效率的影響。構造了在以單模光纖后向傳輸模場為加權函數(shù)的孔徑內(nèi)正交的多項式。利用所得正交多項式，研究了整體波前畸變對空間激光到單模光纖耦合的影響，并評估了斯特列爾比近似解的精確性。研究了單模光纖耦合效率隨局部波前畸變各參量的變化規(guī)律，對透射式和反射式光學天線分別進行

5、了討論。
　　研究了隨機角抖動引起的接收信號衰落特性以及隨機角抖動下星間自差光通信系統(tǒng)的平均誤碼率；分析了整體波前畸變和局部波前畸變對星間自差光通信系統(tǒng)通信性能的影響，對透射式和反射式光學天線的情況分別進行了研究。
　　針對多普勒頻移的影響，提出了魯棒自差接收方法，討論了魯棒自差接收方法的適用條件。當魯棒自差接收的適用條件不能滿足時，必須采用自動控制環(huán)路精確控制MZI相位，為進一步提高接收機性能，分析了在整個載波頻率變化范圍