【摘 要】
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卫星激光通信技术具有许多突出的优点,如传输数据率高、抗电磁干扰能力强、保密性好、终端设备体积小、质量轻等,因此在国际上受到广泛重视,已成为许多航天大国的重点研究方
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卫星激光通信技术具有许多突出的优点,如传输数据率高、抗电磁干扰能力强、保密性好、终端设备体积小、质量轻等,因此在国际上受到广泛重视,已成为许多航天大国的重点研究方向。地球表面围绕着一层称为大气层的混合气体,在使用激光作为信息载体进行星地光通信的过程中,激光束不可避免的要穿越其中,并且大气折射率会由于大气湍流的存在而随机变化,因此光场的相干性必然遭到破坏,使光束的波前相位发生畸变,进而导致到达角起伏、光强闪烁、光束漂移等一系列光学效应。对于大气湍流引起的各种效应,目前已有多种抑制技术,尤其是针对星地激光下行链路的补偿技术,已经相对成熟。与星地下行激光链路相比,大气湍流对于上行光束的影响更加严重,但是针对此种情况的补偿技术却鲜有报道。本文针对星地上行激光通信系统光束相位畸变的预补偿方法进行了理论和仿真研究,并分析了预补偿条件下星地上行激光通信系统的误码率。具体研究内容如下:针对大气湍流对于星地上行激光传输的影响,对利用Zernike多项式进行预补偿的方法进行了研究。分析了相位预补偿的原理,给出了补偿项数与波前误差的函数关系。研究了提前瞄准角对于预补偿效果的影响,给出了波前误差随提前瞄准角及补偿项数的变化关系,对提前瞄准情况下相位预补偿方法的可行性进行了评估。通过数值仿真生成相位屏来模拟大气湍流对于光传输的影响,对预补偿条件下星地上行光束的波前相位畸变改善情况进行了仿真研究。分别在有无提前瞄准角的情况下,仿真得到了经过不同项数预补偿后的上行光束的远场光强分布、光束漂移等情况,分析了预补偿项数、提前瞄准角对于补偿效果的影响,并且研究了光束束散角对于存在提前瞄准角的星地上行链路的影响。对预补偿条件下星地上行激光通信系统的误码率进行了研究,分析了预补偿对于系统误码率的改善情况,研究了误码率随提前瞄准角、束散角的变化情况,并在最佳预补偿条件下对发射参数进行了优化。本文的研究工作将为星地上行激光通信系统的优化设计提供一定的参考。
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