采用光纖耦合及光放大接收的星地光通信系統(tǒng)及關(guān)鍵技術(shù).pdf

1、隨著地面光纖通信的發(fā)展，特別是光放大器及波分復(fù)用技術(shù)的成熟，1550nm波段的空間激光通信在未來的高速衛(wèi)星通信中極具發(fā)展前景。在1550nm波段的空間激光通信中，空間激光到單模光纖的耦合及光放大接收是關(guān)鍵技術(shù)。本論文對采用光纖耦合及光放大接收的星地激光通信系統(tǒng)的一些關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究，包括空間激光到單模光纖的耦合、光放大接收星地激光通信系統(tǒng)信道衰落特性及抗衰落技術(shù)等內(nèi)容。 空間激光到單模光纖的耦合是光放大接收空間激光通信的一個(gè)關(guān)

2、鍵技術(shù)。根據(jù)矩陣光學(xué)理論，建立了自由空間激光到單模光纖的耦合模型。分析了光纖定位誤差、光學(xué)系統(tǒng)像差、透鏡的材料色散、瞄準(zhǔn)誤差、大氣湍流等多種因素對空間激光到單模光纖耦合的影響。通過模擬湍流波前，研究了湍流引起的耦合功率衰落特性，及自適應(yīng)光學(xué)耦合系統(tǒng)的性能。采用光纖章動(dòng)跟蹤方法，進(jìn)行了空間激光到單模光纖耦合的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。對采用自動(dòng)角度跟蹤的耦合系統(tǒng)，提出一種采用高斯模板匹配的跟蹤算法，可降低強(qiáng)湍流下耦合功率的衰落深度。 分析了采用單

3、模光纖耦合及光放大接收的衛(wèi)星激光通信系統(tǒng)中，發(fā)射機(jī)、接收機(jī)的瞄準(zhǔn)誤差對通信系統(tǒng)性能的影響。同時(shí)考慮發(fā)射機(jī)、接收機(jī)的瞄準(zhǔn)誤差，建立了前置光放大接收衛(wèi)星激光通信系統(tǒng)鏈路的優(yōu)化模型，根據(jù)該模型可按平均誤碼率或突發(fā)誤碼率要求對通信系統(tǒng)天線參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，給出了光學(xué)天線的最優(yōu)參數(shù)。 研究了星地下行激光通信中的抗衰落技術(shù)。對于多孔徑接收陣列，引入子接收孔徑之間的距離參數(shù)，提出對發(fā)射機(jī)的瞄準(zhǔn)誤差具有抑制作用的分布式多孔徑陣列接收方案。分析了

4、分布式多孔徑光放大接收陣列的性能，并對其信號合并方式進(jìn)行研究。當(dāng)實(shí)際的發(fā)射機(jī)瞄準(zhǔn)誤差大于最優(yōu)設(shè)計(jì)值時(shí)，通過將集中式陣列改為分布式陣列，可以大大降低發(fā)射機(jī)瞄準(zhǔn)誤差引起的信號衰落。 采用數(shù)值模擬方法及光束漂移閃爍機(jī)理，對地面－衛(wèi)星上行連接的強(qiáng)度閃爍特性進(jìn)行了研究。分析了湍流波前傾斜校正發(fā)射系統(tǒng)中由于超前瞄準(zhǔn)引起的非等暈誤差的影響。對于多光束發(fā)射，由于不同發(fā)射孔徑處的湍流波前傾斜具有強(qiáng)相關(guān)性，因此各子發(fā)射光束之間由湍流波前傾斜引起的光