大气湍流与平台微振动影响下的星地激光通信性能

大气湍流与平台微振动的存在会导致星地激光通信链路的随机信道衰减,使通信质量无法得到保证.为了研究大气湍流与平台微振动共同影响下的星地激光通信性能,建立了联合星地激光链路随机衰减模型,并基于二进制相移键控调制、外差相干接收给出了该模型下系统平均误码率的闭合表达式.仿真分析了不同星地激光通信系统参数对系统误码率性能的影响,...     

弱湍流条件下大气光通信的阈值优化方法

大气湍流引起的闪烁效应会严重影响大气光通信系统的性能。自适应判决阈值技术虽然可以有效改善大气光通信系统的误码率（BER）,但是难以进行实时应用。提出了一种根据各种参数统计值,将阈值设置为常量的阈值优化方法。主要考虑乘性高斯噪声并假设闪烁满足对数正态分布,分析了湍流信道中大气光通信系统的最优常量阈值,并将数值分析结果与弱湍流条件下的实验数据进行对比。对比的结果显示,最优常量阈值方法是有效可行的,相对于自适应阈值的性能降低也是可以接受的。分析还显示,在忽略孔径平均效应条件下,最优常量阈值主要取决于对数光强起伏方差和平均接收光功率,而其他参数的影响基本可以忽略。基于分析结果,提出了可以在实际应用中估计最优常量阈值的非线性模型。     

星地链路激光通信地面站址选择及大气影响研究

综合考虑我国方量的地理分布和气候特点,提出了一项星地激光通信的地面多址布站方案,仿真分析了大气散射引起的衰减及大气湍流对星地链路的影响。利用卫星工具包(STK)软件分析了地球静止轨道(GEO)卫星与5个地面站的链路特性。结果表明,西藏的阿里站同时具有最理想的经度和纬度,地平角为52°,最有利于开展星地激光通信。在一定天气条件下,随着波长的增加,对应的散射引起的功率衰减减小;随着能见度的降低,大气散射引起的光功率平均衰减增加;随着地平角的升高,大气引起的功率平均衰减减小;波长越长,闪烁指数越小;随着接收孔径直径的增大,闪烁指数快速减小;随着海拔高度的增加,闪烁方差减小。该研究为星地激光通信外场实验提供了一定的理论依据。     

湍流大气中光强闪烁对光通信链路的影响

给出了用大气传输通信设备进行传输距离 3.4 km外场试验光强闪烁对光通信链路影响的实验结果 ,并简要分析了光强闪烁对信号检测的影响和误码原因     

面向无线光通信的大气湍流研究进展与展望

以无线光通信为切入点,首先对大气湍流的研究进展进行了阐述,解释了大气湍流及其产生的机理与传输特性.然后分析了大气湍流所引起的光束扩展、光束漂移、光强闪烁等对无线光通信的影响.最后结合无线光通信实际,给出了作者关于抑制大气湍流的若干设想,介绍了西安理工大学在大气湍流抑制领域的实验工作.虽然该方法在理论分析和工程实际中略显...     

抗湍流大气衰落的光学阵列天线特性

针对湍流大气光传输特性,研究分析了一种光学阵列接收天线的特性.光学阵列接收天线在光路上使用移相器和耦合器等光学元件对光信号进行处理合并,使天线的输出信号的信噪比最大;根据对天线分析计算得到的信号分布特点,在天线合理分配安装和使用小尺寸透镜时,可增大光学系统视场角.经过仿真计算,与单透镜在相同接收条件下的接收端信号的信噪...     

无线光通信大气信道特性测试方法研究

大气信道是影响无线光通信质量的主要方面,为了全面掌握目前出现的信道测试方案,采用归纳总结和对比分析的方法,并结合实际测试,对信道测试方法进行研究。从大气衰减效应、光强闪烁效应以及光束漂移效应三方面测试内容出发,研究了各自运用的测试方法,并给出了相应的示意图,同时对比分析各自的优缺点,为采取合适的大气信道测试方法提供理论依据。     

星地激光通信中克服大气湍流效应研究进展

星地激光通信的关键问题是克服大气湍流效应对激光载波信号传输的影响。信号光束经过长距离大气信道传输后,相位不完整,波面受到畸变,导致接收端系统在解调信号过程中,通信误码率降低。根据国内外星地激光通信的研究进展和实验情况,介绍了几种克服大气湍流效应对高速率星地相干通信影响的方法及其原理。重点分析基于差分相移键控(DPSK)调制和干涉原理的相干探测技术在解调相位信息时克服大气湍流效应方面的优势,并对其进行了总结和展望。     

基于大气折射效应的星地背景光误码率分析

研究了大气折射效应对星地量子密钥分发(QKD)系统的背景光误码率的影响,研究过程中考虑了白天晴天、满月夜晚和无月夜晚三种不同的背景光条件。建立了分层结构的星地QKD信道传输模型,模拟大气折射效应对信号传输距离的影响;基于此模型仿真分析了考虑和忽略大气折射效应时只考虑背景光的误码率随天顶角的变化趋势。结果表明:忽略大气折射效应将对背景光误码率产生较大的影响,此外在无月夜晚背景光条件下可以获得相对最低的误码率。     

孔径不匹配在星地光通信中对对准信息的影响

介绍了星地光通信中因地面站激光发射天线孔径和光探测器孔径不匹配而引起的对准误差。通过相位屏数值模拟大气湍流效应,分析了大气湍流效应对对准误差的影响,并分析在两孔径为同心及非同心情况下,随孔径大小的变化对准信息误差的变化趋势,指出了合理的孔径配置。     

星地链路空间光至单模光纤耦合效率补偿特性研究

在入射光瞳面处针对星地激光链路中空间光至单模光纤耦合效率补偿特性进行了研究,依据星地下行链路特点,对星地下行链路光纤耦合效率模型进行分析。在此基础上,利用基于单模光纤后向传输模场为加权函数的加权孔径正交多项式,建立光纤耦合接收系统波前相位模式补偿理论模型,运用该理论模型,通过数值模拟对波前相位进行模式补偿,给出波前相位模式补偿下平均光纤耦合效率与接收孔径尺寸和相位补偿项数的变化关系,以及典型接收孔径下采取一定项数的波前相位补偿后光纤耦合效率概率分布,为基于光纤耦合接收方式的星地激光通信链路波前补偿系统设计提供一定理论参考。     

空间光通信的时间平滑实验研究

为了给空间光通信的瞄准捕获跟踪链路的设计提供参考,实验研究了强湍流区的大气闪烁时间平滑效应,并考虑大气闪烁和瞄准抖动误差,分析了空间光通信的跟瞄链路的强度起伏统计规律;在此基础上,分析了时间平滑对链路衰落起伏的改善作用.实验研究结果表明,随着曝光时间的增加,强湍流区的大气闪烁起伏幅度减小,当曝光时间达到几十毫秒时,强湍流区的大气闪烁起伏服从对数正态分布;在确保空间光通信系统的链路跟踪中断概率小于10-3以下,采用时间平滑可以使所需的衰落冗余减少15dB～20dB.     

无线相干光通信空间分集接收合并技术

空间分集接收能补偿大气湍流造成的信道衰落。在给出相干检测分集接收的系统模型和晴朗大气信道模型的基础上,考虑子孔径间信号相关性,分析了等增益合并分集和最大比合并分集的误码率性能,并就中断概率与选择分集进行了比较。分析结果表明,空间分集接收能够明显改善相干光通信系统的性能,并且接收信号间的空间相关性越小分集接收的性能越好,其中最大比合并分集性能相对其他两种合并方式优势明显,选择分集性能最差,但它与等增益合并分集的差距不大,同时选择分集实现相对容易,在工程应用中要综合考虑实现的难易程度和性能。     

圆偏振移位键控的星地激光通信误码率研究

光束的偏振特性在大气传输中变化比较小,因而偏振移位键控调制具有较高的可靠性。以星地激光通信为背景,研究星地激光通信链路的圆偏振移位键控调制的误码率性能。考虑到大气湍流的影响,采用Hufnagle-Valley大气折射结构常数模型,在Rytov方差分别为0.082,1.11这两种弱、强湍流起伏条件下,通过对比圆偏振移位键控调制和直接检测开-关键控调制的误码率,得到了同等湍流起伏条件下前者误码率性能比后者突出的结论。特别是Rytov方差为0.082时,要达到10-7的误码率,它们对信噪比的要求分别是21.65dB和30dB,圆偏振移位键控调制对信噪比的要求降低了8.35dB。此外,还分析了近地面折射结构常数、天顶角和地面风速这3个因素对误码率的影响,仿真结果表明圆偏振移位键控调制的误码率比直接检测开-关键控调制最少降低2个数量级。因此,圆偏振移位键控调制在未来星地激光通信中有着广阔的发展前景。     

西北高原地区光学湍流的观测与分析

天文选址的决策和激光传输系统的设计和应用需要掌握大气光学湍流的时空变化规律。利用HTP-2型温度脉动仪测量近地面湍流,用大气相干长度仪测量整层湍流积分效应。分析折射率结构常数Cn2的实测数据,得到近地面光学湍流月平均和季平均的变化规律。分析了早晚两个转换时刻不同参数的变化规律。根据广义Hufnagel-Valley模式反演得到夜间、白天及转换时刻整层湍流廓线,比较了不同时刻湍流廓线的特点。在连续多年实测数据的基础上所得结论全面可靠,具有重要的工程参考价值。     

兴隆观测基地的大气色散实测研究

大气色散会影响高分辨率成像、测光和光谱观测的质量。利用国家天文台兴隆观测基地80 cm望远镜获得了四个波长范围和五个天顶距的大气色散实测值,波段范围为360~440 nm、360~550 nm、360~640 nm和360~790 nm,天顶距分别为59.8、57.6、48.1、47.8和36.4。讨论了实验过程中的四种主要误差来源,测量精度约为0.6。根据观测时的天顶距、温度、湿度和气压等数据,结合大气折射模型计算了观测当时的理论大气色散值,与实测值进行了对比分析,结果基本吻合。对大气色散的影响因素和大气色散对高精度天文观测的影响进行了探讨,为大口径高精度天文观测提供了减小大气色散影响的方法。大气色散实测和理论计算结果表明：该方法可获得较高精度的大气色散值;大气色散对大口径望远镜的高精度天文观测影响较大,需要根据观测目的采用辅助设备来减小大气色散的影响。     

一种平滑大气湍流效应的小型化光学天线设计

大气湍流严重影响着无线光通信链路的可靠性和稳定性,已经成为无线光通信设备面向工程化应用的瓶颈。文章通过对比分析用来平滑、克服大气湍流效应的不同方法与手段,提出了一种基于空间分集技术的光学天线设计方案,以期满足工程化应用的需要。