空間光通信擾動補償技術研究.pdf

1、空間光通信以其數據傳輸率高、通信容量大、發(fā)射功率小、抗干擾能力強、保密性好等優(yōu)點將逐步取代傳統(tǒng)的微波通信成為未來空間光通信的主要方式。但光束經過大氣時，大氣湍流對光信號產生光強起伏、相位角起伏、到達角起伏、光束漂移、光束擴展等效應，連同衛(wèi)星平臺的振動和噪聲干擾，均降低了接收到的信號光功率，增大了誤碼率，嚴重地影響激光通信的性能。為保證空間激光信號的順利傳輸，本文對以上擾動產生的機理和對光通信的影響進行了深入地分析，重點研究了擾動的補償技

2、術。論文主要內容如下：
　　研究了大氣湍流理論，對湍流產生的強度起伏、相位角起伏、到達角起伏、光束漂移和光束擴展進行了數學建模，分析了這些效應對傳輸光信號的影響；研究了衛(wèi)星平臺振動來源、種類、模型和特點，并對大氣湍流和衛(wèi)星平臺振動對誤碼率的影響進行了分析，為后面擾動補償技術研究提供依據。
　　針對大氣湍流產生的波前相位畸變，研究了自適應光學技術。闡述了自適應光學系統(tǒng)的工作原理和基本組成。針對傳統(tǒng)重構算法計算量大、難以實現實時

3、補償的問題，提出了閾值式波基波前重構算法，采用四維波基作為標準正交基，將波前相位畸變投射到四維波基上，使偽逆矩陣變?yōu)橄∈杈仃?，有效地減少了計算量，同時采用了閾值法，去除波前重構矩陣算子中對精度影響較小的一些波基系數項，進一步增加了矩陣的稀疏程度，提高了運算效率。最后對本文采用的波基重構算法與傳統(tǒng)的最小二乘法、Zernike模式法和迭代法進行了比較，從理論和仿真兩方面驗證了該算法具有收斂速率快的特點。
　　針對液晶空間光調制器控制單

4、元數多、以其作為輸入信號直接進行波前相位畸變補償時計算量大的問題，將控制輸入與描述波前畸變的Zernike多項式系數形成映射，極大地減小了系統(tǒng)維數，有效地提高了計算效率。引入單純形算法，通過對選取的性能指標優(yōu)化，得到最佳的Zernike多項式，實現精確的相位畸變補償。針對傳統(tǒng)的單純形算法易收斂于局部極點、難以實現全局最優(yōu)的特點，對單純形算法進行了改進，仿真結果表明，改進后的算法均可以通過重新初始化跳出局部極點繼續(xù)尋優(yōu)，同時分析了各種改進

5、算法的特點，為實際應用提供了依據。
　　針對衛(wèi)星平臺振動、噪聲擾動等干擾產生的光束偏移問題，提出了基于壓電偏轉控制系統(tǒng)的補償方案，設計了基于改進型 LMS算法的自適應控制器，利用Filtered-X LMS算法保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，討論了最優(yōu)步長的選擇方法，針對信號的相位延遲問題，引入了自適應延遲濾波器，不但補償了系統(tǒng)相位延遲，還可通過自適應調節(jié)輸入信號相位，在不增加步長的前提下提高了收斂速度，最后設計了自適應偏差濾波器，補償了低頻