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本文重点研究了星上微波光子系统的非线性效应以及链路的传输性能。首先，根据马赫一曾德尔调制器传输函数，建立了多路射频信号输入下星上微波光子系统的非线性模型，利用贝塞尔函数展开、傅里叶变换和Graf加法定理，推导出了调制器非线性失真的严格通用解析解，从理论上分析了调制系数对系统非线性的影响，并对比了双边带调制和单边带调制的非线性性能。其次，考虑到星间微波光子链路中信号经远距离传输损耗大，利用前置光放大来提高链路的信噪比。建立了带前置光放大的星间微波光子链路模型，综合考虑非线性失真分量以及各种噪声(包括热噪声、散粒噪声、相对强度噪声以及由放大器引入的自发辐射噪声、信号与自发辐射拍频噪声)的影响，推导出了射频增益、噪声系数、动态范围和信号噪声失真比(SNDR)的解析表达式。从理论上分析了激光器输出功率、射频输入功率、调制器直流偏置点等参数对链路性能的影响，在给定射频输入功率条件下，通过优化直流偏置相移，使得信号噪声失真比最大。最后，进一步分析了前置放大器增益和噪声系数对信号噪声失真比的影响。