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星地激光下行链路中湍流对单模光纤耦合接收影响研究

作　者: 张凤婷
导　师: 于思源
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 物理电子学
关键词: 星地激光通信 单模光纤耦合 大气湍流 到达角起伏 残余畸变
分类号: TN929.13
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


以激光为载体的卫星光通信技术是满足大通信容量和高传输速率通信要求的重要手段,一些发达国家已经成功将光通信终端搭载在卫星平台上进行了星地和星间激光通信的实验。星地激光通信是连接星间光网和地面光网的纽带,它分为上行链路和下行链路。在卫星上采集到的大量信息需要通过星地激光下行链路传输到地面进行分析和研究,所以研究星地激光下行链路是很重要的。而在星地激光下行链路中大气信道是激光传输信道的一部分,其中大气湍流引起的大气折射率随机起伏,导致激光的空间相干性衰退,所以需要研究大气湍流对星地激光下行链路的影响。1550nm波段光通信技术在高速卫星激光通信中具有广阔的应用前景,其中的关键技术之一是空间光到单模光纤的耦合技术。所以本文研究星地激光下行链路中大气湍流对基于单模光纤耦合接收性能的影响。研究了到达角起伏对单模光纤平均耦合效率的影响。在单模光纤的入射光瞳面上,得出随机指向偏差角起伏对空间光到单模光纤平均耦合效率影响的模型,基于此模型分析到达角起伏对单模光纤耦合效率的影响。研究了大气湍流对基于单模光纤耦合接收的星地激光下行链路衰落特性和误码特性的影响。在OOK调制方式下,分析大气湍流对基于单模光纤耦合接收的星地激光下行链路通信系统平均误码率的影响。研究了残余相位畸变对空间光到单模光纤耦合效率的影响。利用自适应光学对大气引起的波前相位畸变进行部分修正,得到残余相位畸变。通过与修正项相关的空间相干长度分析残余相位畸变对空间光到单模光纤耦合效率影响。本文的研究工作将为星地激光通信中空间激光到单模光纤耦合这一关键技术的研究打下基础,为单模光纤耦合接收的星地激光通信的链路分析和冗余预算提供了理论模型,并对星地激光通信接收终端的研制与设计具有一定参考价值。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章 绪论  9-16
  1.1 课题背景及研究的目的和意义  9-10
  1.2 国内外星地空间光通信发展概况  10-11
    1.2.1 国外发展情况概述  10-11
    1.2.2 国内发展情况概述  11
  1.3 大气湍流对空间光通信影响的研究发展概况  11-12
  1.4 空间光到单模光纤耦合研究的发展概况  12-14
    1.4.1 国外发展情况概述  12-13
    1.4.2 国内发展情况概述  13-14
  1.5 本文的主要内容  14-16
第2章 到达角起伏对星地下行空间光通信单模光纤耦合接收的影响  16-35
  2.1 星地空间光通信大气传输基本理论  16-20
    2.1.1 星地激光通信链路概述  16-17
    2.1.2 大气湍流效应概述  17-19
    2.1.3 星地激光通信中大气湍流光学统计特性基本理论  19-20
  2.2 空间光到单模光纤耦合的经典理论  20-23
  2.3 随机指向偏差角对空间光到单模光纤耦合影响的理论模型  23-30
    2.3.1 随机指向偏差角的统计学模型  24-25
    2.3.2 固定指向偏差角对单模光纤耦合效率影响  25-27
    2.3.3 随机指向偏差角对单模光纤平均耦合效率影响  27-30
  2.4 到达角起伏对空间光到单模光纤平均耦合效率影响分析  30-34
    2.4.1 接收孔径上的到达角起伏方差  30-31
    2.4.2 到达角起伏对单模光纤耦合效率的影响  31-34
  2.5 本章小节  34-35
第3章 大气湍流对单模光纤耦合接收星地下行链路通信性能影响分析  35-42
  3.1 星地激光下行链路理论模型  35-37
  3.2 考虑到达角起伏时星地下行链路误码率分析  37-40
    3.2.1 考虑到达角起伏的单模光纤耦合接收光强衰落概率  37
    3.2.2 考虑到达角起伏时星地下行链路误码率  37-40
  3.3 本章小结  40-42
第4章 星地激光链路中残余波前畸变对单模光纤耦合效率影响分析  42-55
  4.1 大气波前畸变及相关参数的描述  42-48
    4.1.1 Zernike多项式描述波前畸变  42-44
    4.1.2 相位结构函数  44-45
    4.1.3 大气相干长度和空间相干长度  45-48
  4.2 残余波前畸变对单模光纤耦合效率影响  48-51
    4.2.1 大气湍流中单模光纤的平均耦合效率  48
    4.2.2 波前修正后的残余畸变对单模光纤平均耦合效率影响  48-51
  4.3 存在模式交叉耦合的波前修正对单模光纤耦合效率影响  51-53
  4.4 本章小结  53-55
结论  55-57
参考文献  57-63
致谢  63

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 无线通信 > 光波通信、激光通信 > 星际光通信
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