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,...     

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。     

自适应光学技术提高FSO性能的实验验证

搭建了一套37单元的自适应光学系统和155M/2.5G大气激光通信系统室内实验平台。结果显示:大气湍流对激光通信性能影响很大。使用芯径为62.5μm的多模接收光纤时,自适应开闭环误码率最大改善超过4个数量级;使用芯径为10μm的单模接收光纤时,可以很明显地观测到接收端信号的深度衰落现象,且衰落程度与误码率一一对应。自适应光学闭环后,深度衰落得到了抑制,也极大地降低了系统误码率。     

基于分集接收技术的相干大气激光通信系统性能分析

分析了独立的双伽马衰落信道下采用分集接收技术的相干光通信系统的平均输出信噪比(SNR)、通信中断概率和平均误比特率。首先,利用多项式定理推导平均输出SNR的精确表达式;其次利用正随机变量的平均值不等式推导出SNR下界的概率密度函数(PDF),并进而得出通信中断概率和外差同步二进制相移键控(BPSK)平均误比特率的联合上界。回避了直接求取SNR的PDF,降低了性能分析的复杂度。结果表明,分集接收有效地克服了大气湍流对系统性能的影响,且分集路数越多,性能改善越明显,但强弱湍流区的性能差异也越大;所得到的性能上界与已有的Monte-Carlo模拟结果十分接近。     

星地激光通信中光学数字相干接收机的研究

光学数字相干接收技术在星地激光通信中具有广泛的应用前景。本文以窄线宽DFB激光器作为光源,采用自动频率控制环路,结合光学混频和数字信号处理技术,实现了最高速率为1.25 Gbps的相干光通信。实验结果表明,自动频率控制环路能够将信号光和本振光之间的频率差实时控制在10 Hz以内,光学混频器输出的I、Q两路信号相位差能够长时间稳定保持90°,基于FPGA的载波相位补偿技术能够有效修正自动频率控制环路的相位残差,在误码率为10-6条件下,该接收机的灵敏度优于每比特54个光子。     

强激光大气传输特性分析及自适应光学技术

分析了强激光在大气传输中产生的折射、吸收、散射和湍流等线性光学效应，以及热晕、受激喇曼散射和大气击穿等非线性光学效应。同时介绍了自适应光学技术，以用于强激光发射。     

星地链路中的主动式自适应光学系统室内实验北大核心

针对星地激光通信链路中,由于星上负载有限,无法在卫星上安装调试自适应光学系统来矫正上行接收光束受到的湍流畸变,提出可以使用主动式自适应光学系统解决上行光束的矫正的问题。通过室内矫正实验证明了主动式自适应光学系统实现的可行性,同时为星地激光通信提供了一种改善上行光束质量的方法。     

自适应光学在光通信中的仿真与实验分析

从实验和仿真两方面研究了自适应光学(AO)补偿大气湍流的影响,改善2.5Gb/s光通信系统性能的有效性。仿真结果显示,同种湍流条件下,发射端AO校正后的平均接收光功率较接收端AO校正有所提高,且起伏更小。实验结果表明,接收端AO校正后,平均误码率比校正前降低2～3个数量级;发射端AO校正后,平均误码率比校正前降低近7个数量级。     

Adaptive power control for satellite to ground laser communication

We develop an adaptive power control algorithm to facilitate satellite to ground laser communication through turbulence fading channels. Adaptive control is a powerful tool that improves energetic gain of the satellite laser. We use discrete laser transmitter intensity levels in our control algorithm. A novel recursive technique defines optimal laser transmitting intensity levels so that the laser‐transmitted power is adapted according to instant changes of the signal‐to‐noise ratio caused by channel fading. The algorithm's performance is first investigated in a general form suitable for any channel fading statistics. Then it is specified for a typical lognormal fading channel. The results indicate an improvement of up to 10dB in energetic gain. Copyright © 2007 John Wiley & Sons, Ltd.     

自适应元器件在激光加工中的应用

在激光加工技术中,自适应光学元器件的应用越来越广。介绍了自适应反射镜和透镜的原理及其在一般激光切割、厚钢板的激光锯切和三维激光焊接中的应用。     

A simplified free-space adaptive optics system against atmospheric turbulence

Optical free-space communications have the distinct advantages over conventional radio frequency and microwave systems in terms of information capacity and increased security. However, optical carrier frequencies drastically suffer due to atmospheric turbulence. This effect is a random process and time-varying process; therefore, it is very difficult to overcome the effect. Adaptive optics is the technology used to mitigate chaotic optical wave-front distortions in real time by measuring the wave-front distortion with the help of a sensor and then adapting the wave-front corrector to lessen the phase distortions and ultimately to recover a closely approximated signal to its original counterpart. But these systems are too expensive and large. This study employs the various aspects of Adaptive Optics system, such as wave-front corrector, wave-front sensors and analytical analysis of open and closed-loop systems using loop equations, in order to make free-space optics communication links more vulnerable against atmospheric turbulence and wave-front phase distributions. The purpose of this study is to investigate a wave-front sensorless adaptive optics system, which would provide reduced complexity, size and cost.     

反射镜面形畸变对相干激光通信的影响

研究了相干激光通信系统中由反射镜面形畸变造成的信号光波前畸变,进而分析了信号光和相干光波前失配引起的相干效率下降以及误码率的上升。仿真结果表明,反射镜面形的峰谷值对通信链路性能影响较大;相比而言,畸变的大小对于链路性能影响有限。     

（英）面向多自由度自由空间通信的部分相干厄米高斯光束极化保持特性

研究了部分相干厄密高斯光束沿不同湍流路径的偏振保持.发现相干长度越大,光束阶数m, n越大,偏振随距离改变越小.当天顶角ξ<π/4,在斜程下行路径中极化的演化与无湍流空间一致.长距离通信时,在水平路径中极化的演化与无湍流空间、斜程路径中差异较大.该结论可更有效的选择传输路径,对多自由度空间通信实现具有指导意义.     

卫星相干光通信跟瞄误差对链路性能的影响

以星间相干激光通信链路的接收机相干效率为研究对象,分析了动态跟瞄误差对相干效率的影响,将相干效率引入到星间相干激光通信链路方程,推导了跟瞄误差波前失配条件下的相干光通信链路的误码率概率表达式,对卫星激光通信链路中跟瞄对准误差导致的相干效率下降、链路误码性能劣化情况进行了仿真计算。结果表明,由于跟瞄对准误差波前失配的影响,相干激光通信接收终端具有一个优化的接收孔径,在本仿真条件下,LEO-GEO星间链路动态跟瞄误差为0.5μrad时,优化接收孔径为0.5 m,链路可获得最佳误码性能。