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,...     

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。     

大气湍流影响星地相干激光通信的数值仿真

由于解析法在研究相干光通信的相位补偿等问题中存在困难,采用多层相位屏分步传输的数值仿真方法研究大气湍流对星地相干光通信下行传输的影响。首先建立了卫星地面之间的大气湍流中激光传输的仿真模型,可以实现不同天顶角和不同湍流条件下的光传输仿真计算。然后用其进行地球同步轨道(GEO)卫星下行光通信的数值仿真分析,并通过与理论值的对比来检验算法的可靠性。最后结合二进制相移键控(binary phase shift keying, BPSK)相干激光通信系统的误码率（bit error rate, BER）模型,计算分析了下行激光通信信号的衰落系数和BER。     

星地激光通信下行链路的最大天顶角分析

从星地激光通信系统星座设计的需求出发,分析了星载激光载荷发射功率、发射端瞄准偏差角和背景光功率等因素对下行链路最大通信天顶角的影响.针对采用OOK调制、APD探测器直接检测的链路,基于gamma-gamma先强起伏概率密度函数和Webb-Gaussian APD探测器输出模型,建立了大气湍流影响下的下行链路误码率模型,...     

基于Gamma Gamma信道模型的ROFSO通信系统性能分析

分析了Gamma-Gamma大气信道模型下无线光载射频(ROFSO)通信系统传输BPSK信号的误码率性能,推导出了该系统的误码率公式,并且利用Matlab软件计算出理论值与仿真结果。研究发现,ROFSO系统与使用OOK调制的常规FSO系统相比具有良好的误码率性能,不需要门限判决,不存在性能限。同时,通过分析传输距离、接收天线孔径和大气折射率结构常数等参数对系统的影响,得到了不同参数对系统影响的规律。     

卫星激光通信Ⅰ链路和终端技术

卫星激光通信具有巨大的潜在应用价值,国际上已实现高码率、小型化、轻量化和低功耗激光通信终端,全文的第一部分即“链路和终端技术”综述了卫星激光通信的国外进展,介绍了终端的关键技术,讨论了终端设计思想。第二部分(另文)将讨论和介绍卫星激光通信终端地面检测和验证技术。     

星地激光通信链路地面集成测试系统的构建

针对星地激光通信链路的地面集成测试需求,提出了一种地面集成测试装置的构建方案,该方案可有效解决真实通信终端在地面环境下的相互捕获、跟踪、瞄准及通信等功能验证问题.     

基于Gamma-Gamma湍流信道下的卷积码性能研究

为了研究不同码型的卷积码在水下湍流信道中的误码率(BER)性能,采用接受-拒绝采样模拟湍流信道乘性干扰,并选择二进制相移键控(BPSK)调制方式,建立Gamma-Gamma湍流信道通信系统仿真模型。仿真结果表明：在不同强度的湍流信道中,采用卷积码编码均能提升系统的BER性能;卷积码的码率越小,系统BER性能提升越显著;随着信噪比(SNR)增大,记忆深度越长,系统BER下降速度越快;采用软译码比采用硬译码时增益至少提升2.82 d B;卷积码的解码不仅受当前信息的影响,还与之前的码元信息有关。     

水下激光通信系统研究进展

由于各国愈发重视海洋安全和领土安全问题,水下激光通信发挥着越来越重要的作用.在复杂的海洋环境中实现信息高速和安全的传输是水下激光通信亟待研究的课题.梳理了国内外水下激光通信系统的发展历程,总结了系统的技术优势,给出了通信原理,分析了影响系统性能的关键技术.最后指出未来的水下激光通信系统将具有更高的通信速率、更低的误码率...     

星地激光通信链路瞄准角度偏差修正及在轨验证

在我国首次星地激光通信链路地面捕获实验初期,由于激光通信终端地面光机装调和整星安装过程中存在的系统误差,在瞄准过程中存在8mrad的瞄准角度偏差,且平均捕获时间大于40s,严重影响星地光通信链路捕获性能。基于此,利用立方棱镜坐标系为桥梁,建立了基于坐标变换的卫星本体坐标系与终端基准坐标系的修正变换矩阵,通过地面坐标系测量,最终对光束瞄准角度偏差进行了有效补偿。海洋二号卫星在轨实测结果表明,星地激光通信链路的瞄准偏差由最初的8mrad减小为0.8mrad,捕获扫描范围显著缩小,链路平均捕获时间由最初的40s减小到小于5s,明显优于国外同类型终端在轨实验性能,对卫星激光通信链路捕获性能的提高具有重大意义。     

到达角起伏对上行星地激光通信系统性能的影响

在Kolmogorov湍流模型下,建立了到达角起伏对星地激光通信误码性能影响的理论模型。基于该模型,推导了星地激光通信系统误码率的闭合表达式。综合考虑光强闪烁、光束漂移和到达角起伏,推导出三者共同作用下,星地系统上行链路的接收光强概率密度解析式以及误码率的闭合表达式。文中采用的调试方式是适合星地激光通信的相干探测圆偏振调制。针对上行链路,仿真分析了弱、中、强湍流下,三者共同作用时,星地激光通信系统的误码率,并与不考虑到达角起伏条件下进行了比较。还分析了到达角起伏与误码率的变化关系,以及在考虑发射功率受限的条件下,三者共同作用对系统性能的影响。研究结果表明,除了光强闪烁和光束漂移以外,到达角起伏也是通信性能中不可或缺的因素。     

基于圆偏振移位键控的大气激光通信性能分析

为了有效抑制大气扰动等因素对空间激光通信性能的影响,介绍一种采用新型调制方式圆偏振移位键控（Circle Polarization Shift Keying,CPolSK）的大气激光通信系统,并简述其工作原理。给出了CPolSK的系统模型,并对系统中影响通信性能的因素进行了分析。主要考虑了探测器噪声和灵敏度、大气信道衰减和发射功率四项主要参数对通信性能的影响,并采用OptiSystem软件对偏振移位键控系统通信过程进行实验研究,结果表明,相同通信条件下,基于CPolSK的大气激光通信系统的综合性能明显优于OOK系统。     

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。     

自适应光学对星地相干激光通信性能改善研究

相干激光通信能够实现每秒数百吉比特的通信速率和接近量子极限的灵敏度,在未来天地一体化信息网络中具有广泛的应用前景。大气湍流引入的光学波前畸变是影响星地相干激光通信链路性能的重要因素。本文将自适应光学技术应用于大口径光学地面接收站,并系统地开展了4 Gbps高速相干激光通信试验,试验结果表明,自适应光学技术能够有效抑制中等大气湍流的影响,并提高相干激光通信的灵敏度和稳定性。     

基于Exponentiated Weibull模型的M-PPM调制空间光链路误码性能

本文研究了Exponentiated Weibull 大气湍流下光链路误码性能,考虑大气湍流和指向误差对误码率的联合影响,利用Meijier′G函数推导出误码率的闭合表达式。根据误码率闭合表达式进行了仿真,分析了在不同大气湍流强度、PPM调制阶数、抖动标准差和波束宽度条件下,链路误码率随发射功率变化的关系。通过仿真分析证明:不同调制阶数,增大发射功率对链路误码性能的改善近乎相同;随着湍流强度、抖动标准差和波束宽度的增加,误码率增加。     

基于阵列接收机的大气激光通信系统性能研究

在Rytov的激光大气湍流传输理论基础上,考虑到大气湍流引起的强度起伏、孔径平均效应和阵列接收机数量对激光通信系统性能的影响,建立了描述基于阵列接收机系统的孔径平均因子、有效信噪比和误码率的数学模型,数值模拟了湍流强弱、孔径尺寸和接收机数量对系统通信质量的影响。结果表明:中强湍流区对误码率和孔径平均因子的影响明显大于弱湍流区,大尺寸接收孔径可以有效减小强度起伏。当湍流强度一定时,增加接收机的数量可以大幅提高系统的信噪比和有效通信距离,对工程上提高激光通信的质量具有一定的指导意义。     

大气湍流对激光通信系统性能的影响研究

大气湍流引起的光强起伏是影响激光通信系统接收信噪比和误码率的主要因素。文中旨在研究大气湍流状态对无线通信系统性能的影响。首先利用对数正态分布和Gamma-Gamma分布分别对信道进行建模,分析表明前者不适用于中强湍流下的光强起伏行为,而后者具有更广的应用范围。在此基础上,研究相位噪声对系统接收信噪比和误码率的影响。文中最后在不同信道条件下进行仿真实验,观察光强起伏方差引起的星座图变化和误码率恶化情况。实验结果表明,当光强起伏方差逐渐增大时,星座图相位角度和误码率均随之变大。文中的分析与讨论对提高激光通信质量具有一定的参考价值。