光斑偏移对空间激光通信系统性能的影响

为了评估大气湍流、通信平台振动和校装误差等因素引起的光斑偏移现象对空间激光通信系统通信性能的影响,理论计算和实验测量了空间激光通信系统中APD光电转换后的电信号幅值随会聚信号光斑和光电探测器光敏面之间的横向位移、以及探测平面和透镜焦平面之间的离焦量的变化关系,同时给出了系统误码率、信噪比、抖动与相偏移量之间的实测曲线。结果表明,空间激光通信系统性能随横向位移以及离焦量的增加而急剧恶化,且横向位移的影响远大于前后离焦的影响。在实验参数条件下,当系统误码率从10-10变化到10-5时,允许系统横向位移和离焦量分别为0.03和1 mm。     

振动对星间相干激光通信的影响

针对星间相干激光通信中卫星平台的振动造成发射天线和接收天线的瞄准角误差，使系统信号信噪比下降，误码率 (BER)增加，该文以瑞利分布作为振动造成的瞄准角误差模型，结合高斯本振光和艾里信号光外差检测模型，以PSK零差通信体制为例分析卫星振动对系统的瞬时误码率和平均误码率的影响，给出误码率仿真计算结果。指出接收天线瞄准角误差对星间光通信质量影响很大，在瞄准角误差的标准偏差σ小于1μrad范围内，系统误码率小于10^-6。     

空地激光通信链路功率与通信性能分析与仿真

分析了空地激光通信系统中主要器件和信道对通信光功率的影响,并根据接收探测器的信噪比和通信误码率公式,建立了空地激光通信仿真系统.分析了在误码率优于10-7条件下,不同地面大气能见度所对应的最高通信速率;以及要实现通信速率为1.5 GHz,误码率优于10-7时需要的最小发射功率和最长通信距离.结果表明,当发射功率越大时,地面大气能见度对误码率的影响越明显.     

大气湍流对激光通信系统的影响

从分析激光在大气湍流场中的传输方程出发,忽略系统中的其它噪声,仅考虑由大气喘流引起的系统误码率,讨论了激光信号在传输过程中的振幅起伏以及强度起伏;推导出由大气湍流引起的光强起伏和系统误码率的关系,结果表明:在弱起伏条件下,对于系统误码率为10－9以下的要求,光强起伏应小于0.67;随着湍流强度C2n的增大,误码率增加很快;采用长波长的激光进行传输可以有效地降低系统误码率.     

大气信道对红外激光通信系统性能影响的实验研究

针对近地面、准水平红外激光大气通信系统的应用,利用微脉冲激光雷达、大口径激光闪烁仪在济南市区进行了为期一周的昼夜连续观测,获得了影响红外激光通信系统性能的关键大气参量的信息.着重分析了大气衰减信道、大气湍流信道对一公里通信链路系统性能的影响,考查了通信设备在复杂大气条件下应用的可行性及可靠性.最后就减弱大气信道对通信性能影响的方法进行了总结和探讨.     

大气激光通信中多光束传输性能分析和信道建模

多光束传输技术是克服大气激光通信中大气湍流效应的有效途径之一。首先从理论上分析了大气湍流对多光束大气激光通信系统性能的影响和多光束大气传输的光强起伏特性,然后利用统计分析的方法,建立了一个以传输距离z、光束数目n、发射孔径之间的距离St、接收孔径Dr等为参量的多光束大气传输信道模型。最后,结合相关文献提供的实验结果对该信道模型进行了实验验证和误码性能分析。结果表明,当S1≥√λz或Dr远大于大气湍流相干长度ρo时,随着n的增大,接收光强将趋于对数正态分布．降低了大气激光通信系统的误码率,从而验证了多光束传输对于克服大气湍流影响的有效性。     

大气激光通信链路的性能仿真

大气衰减和大气湍流严重影响着大气激光通信的链路质量。建立了大气信道的激光通信链路模型，研究了衰减信道和湍流信道中光链路的传输影响，对最大通信速率、链路功率余量和误码率进行了分析和计算。结果表明，大气湍流严重影响系统误码率，当大气闪烁指数斫是0．07时，可达到的最小误码率为10^-9。分析结果可为系统设计提供参考依据。     

弱湍流大气激光通信中的光强闪烁研究

大气激光通信中，湍流引起的光强闪烁严重影响通信系统的性能指标（误码率）。通过对湍流条件下光强分布的数值仿真，得出弱湍流时接收光强服从对数正态分布，与Rytov理论一致。用随机过程分析的方法给出了系统误码率与光强闪烁的关系，并进行MATLAB数值模拟。研究表明误码率随对数振幅方差（湍流强度）的增加而上升，且当对数振幅方差在0～0．02时，误码率随对数振幅方差的变化较快，近似呈线性递增。在工程中，可采用自适应光学或多发射机等技术抑制湍流对大气激光通信的影响。     

空间激光通信发展概述

介绍了激光通信的基本过程和链路类型。着重调研了欧州空间局、美国、德国、日本以及国内激光通信的最新发展概况,给出了一些已成功应用的激光通信终端的详尽技术参数,如通信波长、通信距离、通信速度误码率、应用目的等,突出了每一种仪器的特点和优势,并对其光机结构进行了详细分析和展示。通过分析国内外的研究状况,指出激光通信面临的关键技术问题,以及未来激光通信发展的趋势和方向,为激光通信设备及其相关领域的研究提供了一定的参考。     

部分相干光通过强湍流对通信系统误码率的影响

为研究部分相干光通过强湍流对系统误码率的影响,借助对激光在大气湍流场中的传输方程进行解析求解(忽略系统中其他噪声,仅考虑由大气湍流引起的系统误码率),得到不同湍流内尺度、传输激光波长和光源相干参数条件下,系统误码率和传输距离的关系.结果表明:在强湍流条件下,当发射天线数目达到一定时,随着传输距离的增加,系统误码率逐渐增大,但增大到一定程度后趋于饱和;光源相干参数越大,系统误码率越低;湍流内尺度越大,系统误码率越高;传输激光波长的变化对系统误码率无明显影响.     

星地激光链路中光束发散角与跟瞄误差的最佳比值

实际星地光通信系统的发射光束为高斯型的情况下,跟瞄误差和大气闪烁是星地激光链路中的主要信道噪声源。在结合两者对系统性能影响的前提下,对星地激光通信链路进行了理论分析和模型建立。基于该模型对星地激光链路中光束发散角与跟瞄误差之比的优化选择问题进行了研究。结果表明：对于上行链路,在不同误码率需求下都存在一个光束发散角与跟瞄误差的最佳比值,使得上行链路余量最大;对于下行链路,在不同误码率要求下均存在一个光束发散角与跟瞄误差的最佳比值,使得下行发射光功率的需求最小。利用最优化方法和最小二乘法拟合,得到星地激光链路中光束发散角与跟瞄误差的最佳比值和系统误码率的经验公式。     

雾对无线激光通信系统的影响

从雾的物理特性出发,对激光在雾媒质中的传播衰减特性进行了理论研究。分别给出了无线激光通信系统的信号模型、噪声模型和透过率,并给出了不同激光波长、能见度、测量距离和接收器视场角对无线激光通信系统的影响。最后,以工作波长为10.6μm的激光为例,利用衰减率与透过率之间的关系,给出了平流雾及辐射雾中激光雾衰减随能见度、接收器视场角等的变化关系。数值分析表明：激光波长、雾的能见度、测量距离和接收器视场角对无线激光通信系统均有较大的影响。     

基于超导纳米线单光子探测器深空激光通信模型及误码率研究

高速深空通信是深空探测的关键技术之一,具备单光子灵敏度的激光通信系统将大大提高现有的深空通信速度.然而,单光子条件下的激光通信不仅需要考虑传输环境的影响,还需要考虑实际单光子探测器性能和光子数量子态的分布.本文在不考虑大气湍流影响的情况下,以光电探测模型为基础,引入超导纳米线单光子探测器(SNSPD)系统的探测效率和暗计数,建立了反应系统差错性能的数学模型,提出了系统误码率的计算公式.先对公式中的光强和激光脉冲重复频率对误码率的影响进行仿真,再通过实验结果验证仿真模型.结果表明,光强对误码率的影响最明显,随着光强从0.01光子/脉冲到1000光子/脉冲的增加,误码率从10~(-1)到10~(-7)量级明显下降;激光脉冲重复频率对误码率的影响受到不同光强的制约,但都随着脉冲重复频率的增加呈下降趋势.与此同时,当增加光强或者提高速度时,误码率高于仿真结果,约在10~(-4)量级,其原因可能是实际通信中调制光信号的消光比不足和光纤引入背景噪声提高了系统暗计数.以上模型和实验结果为进一步开展基于SNSPD的月球-地球、火星-地球等高速深空激光通信奠定了基础.     

大气激光通信中的偏振调制性能

为充分证明偏振移位键控可有效抑制大气湍流等因素的影响这一观点,对目前大气激光通信系统中广泛采用的几种强度调制和偏振移位键控技术进行详细的分析研究,从各调制方式的功率利用率、带宽需求、传输容量以及差错性能几个方面进行对比。研究结果表明,各调制方式各有千秋,不能一概而论。综合各方面性能考虑,偏振移位键控较其他几种强度调制方式更具优越性,其具有最大传输容量、最小的带宽需求和接收误码率。由此可见,偏振调制方式更适合应用于大气激光通信。     

大气激光通信中的偏振调制性能

为充分证明偏振移位键控可有效抑制大气湍流等因素的影响这一观点,对目前大气激光通信系统中广泛采用的几种强度调制和偏振移位键控技术进行详细的分析研究,从各调制方式的功率利用率、带宽需求、传输容量以及差错性能几个方面进行对比。研究结果表明,各调制方式各有千秋,不能一概而论。综合各方面性能考虑,偏振移位键控较其他几种强度调制方式更具优越性,其具有最大传输容量、最小的带宽需求和接收误码率。由此可见,偏振调制方式更适合应用于大气激光通信。     

腔镜失调与面型误差对光束质量影响研究

在准确测量腔镜面形加工精度的基础上,通过光学模拟软件ZEMAX实现了氧碘化学激光器折叠虚共焦非稳腔的光学建模,利用光腔模型进行了腔镜面形误差对光束质量影响的研究以及腔镜失调对光束波前影响的分析,在空腔的情况下利用调腔He-Ne激光进行了光束质量测量实验。实测结果与建模数据基本符合,验证了该方法的可行性。     

The influence of space irradiated PIN photodetector on BER in satellite laser communication system

By analyzing the radiation dose on PIN photodetectors in space radiation environment, the variation of photocurrent and dark current after radiation is obtained. On the basis, the bit error rate of satellite laser communication based on space radiation dose of PIN photodetectors is established. According to simulation, when radiation dose is about 1.6 × 10³ Gy and 7 × 10⁴ Gy, bit error rate reaches 10⁻⁶ induced by 50 MeV and 10 MeV protons separately; and when radiation dose is within the range of 5 × 10 Gy–6 × 10⁵ Gy, electrons and gamma-ray irradiation also cause increase in bit error rate to 10⁻⁶. The principle of damage dose on bit error rate is investigated, and the influence of decision threshold on bit error rate is further discussed. The result shows that when radiation dose is 1 MGy, if decision threshold is increased from 4.3 × 10⁻⁷ A to 5.5 × 10⁻⁷ A, bit error rate will decrease about 4 orders of magnitude. Hence, a proper decision threshold can improve system bit error rate efficiently.