基於自差相干探測的星地雷射通信接收關鍵技術研究

《基於自差相干探測的星地雷射通信接收關鍵技術研究》是依託華南師範大學，由劉宏展擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：基於自差相干探測的星地雷射通信接收關鍵技術研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：劉宏展
• 依託單位：華南師範大學

項目摘要

基於自差相干探測的星地雷射通信因具有結構簡單、抗湍流等零差相干探測不具備的獨特優勢，被認為是解決星地數據傳輸瓶頸的不二選擇，是當前雷射通信領域的研究熱點之一，但在應對波前畸變及空間光耦合等接收關鍵技術方面尚需更有效的解決方案。鑒於此，本項目以信號光的接收-耦合-性能分析為主線開展研究：首先分析波前畸變的作用機制，探索快速高效的畸變補償新算法，構建自適應補償接收方案；其次,分析空間光至單模光纖耦合的瞬時起伏特性，探索高效穩定的耦合新方法；最後，綜合考慮畸變補償及耦合模組對信道的影響，構建完善的信道模型，分析不同因素對接收性能的作用機理。本項目將構建結構簡單功能健全的波前畸變自適應補償新接收方案，探索空間光至單模光纖的瞬時耦合效率機率分布特徵和新穎耦合方法，完善信道模型，揭示影響自差相干探測星地雷射通信接收性能的多因素作用機理。項目的實施對發展新一代星地雷射通信具有重要的理論意義和套用價值

結題摘要

空間光通信具有傳輸速率高、抗干擾能力強、靈活便捷等優點，在民用和軍事方面具有很高的套用價值。在星地雷射通信系統中，由於大氣信道的隨機性和特殊性，特別是大氣湍流效應會使信號光強閃爍而引起波前畸變，導致通信系統誤碼率上升，甚至會使得通信連結中斷。本項目主要研究星地雷射相干光通信接收關鍵技術，包括波前畸變補償技術、空間光至單模光纖耦合技術以及星地空間光信道性能提升等，具體的研究工作總結如下： 採用光楔掃描系統實現對光束掃描，光束波前畸變叛別，並利用G-S算法改善波前質量。 提出了雙層微透鏡陣列聚合至光子燈籠的空間光到單模光纖耦合方法，為光信號的接收提供了保障。 研究了星地雷射通信信道特徵，提出了反向脈衝位置寬度調製方式、反向差分脈衝位置寬度調製方式；提出了新型組合副載波調製方式，分別在對數常態分配湍流信道模型以及負指數分布湍流信道模型中，詳細分析了其系統的誤碼率，並與副載波BPSK調製系統的誤碼率進行了比較。 基於指數韋伯信道模型，研究了DPSK採用選擇空間分集接收時的平均誤碼率和中斷機率，推導出了系統採用選擇空間分集接收時，信道的機率密度函式和累積分布函式、等增益空間分集時的平均誤碼率；在Gamma-Gamma衰落信道和指向誤差的共同作用下，推導出了BPSK在採用並行多跳網路技術時平均誤碼率和中斷機率的解析解表達式，並在此基礎上詳細研究了多跳網路中繼數量、信道數量對通信系統的影響。 利用Gauss-Hermite正交積分近似、Meijer G函式替換以及拉蓋爾正交分解求積法等方法詳細推導出了PPM、BPSK和BPSK-SIM-PPM三種調製方式在各種湍流信道下的平均誤碼率的解析表達式，並通過蒙特卡洛對以上調製方式在各種湍流信道的性能進行仿真。 提出了一個基於PPM硬判決檢錯的ARQ-FSO光通信系統，推導出在不同強度湍流信道下誤碼率和通過率公式，並通過蒙特卡洛仿真對ARQ-FSO系統模擬驗證。 深入研究了基於等增益合併和選擇合併分集接收的多元正交幅度調製自由空間光通信系統的性能；利用高斯埃爾米特正交積分公式，推導得出了在對數常態分配和負指數分布衰落信道和大氣衰減效應影響下的基於EGC方案的MQAM調製的平均誤比特率和中斷機率表達式。 基於表面電漿激源，提出了多種光束濾波器方案，為提升接收信號光質量提供了保障。