空間光通信擾動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)研究.pdf

1、空間光通信以其數(shù)據(jù)傳輸率高、通信容量大、發(fā)射功率小、抗干擾能力強(qiáng)、保密性好等優(yōu)點(diǎn)將逐步取代傳統(tǒng)的微波通信成為未來空間光通信的主要方式。但光束經(jīng)過大氣時(shí)，大氣湍流對(duì)光信號(hào)產(chǎn)生光強(qiáng)起伏、相位角起伏、到達(dá)角起伏、光束漂移、光束擴(kuò)展等效應(yīng)，連同衛(wèi)星平臺(tái)的振動(dòng)和噪聲干擾，均降低了接收到的信號(hào)光功率，增大了誤碼率，嚴(yán)重地影響激光通信的性能。為保證空間激光信號(hào)的順利傳輸，本文對(duì)以上擾動(dòng)產(chǎn)生的機(jī)理和對(duì)光通信的影響進(jìn)行了深入地分析，重點(diǎn)研究了擾動(dòng)的補(bǔ)償技

2、術(shù)。論文主要內(nèi)容如下：
　　研究了大氣湍流理論，對(duì)湍流產(chǎn)生的強(qiáng)度起伏、相位角起伏、到達(dá)角起伏、光束漂移和光束擴(kuò)展進(jìn)行了數(shù)學(xué)建模，分析了這些效應(yīng)對(duì)傳輸光信號(hào)的影響；研究了衛(wèi)星平臺(tái)振動(dòng)來源、種類、模型和特點(diǎn)，并對(duì)大氣湍流和衛(wèi)星平臺(tái)振動(dòng)對(duì)誤碼率的影響進(jìn)行了分析，為后面擾動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)研究提供依據(jù)。
　　針對(duì)大氣湍流產(chǎn)生的波前相位畸變，研究了自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)。闡述了自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的工作原理和基本組成。針對(duì)傳統(tǒng)重構(gòu)算法計(jì)算量大、難以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)

3、補(bǔ)償?shù)膯栴}，提出了閾值式波基波前重構(gòu)算法，采用四維波基作為標(biāo)準(zhǔn)正交基，將波前相位畸變投射到四維波基上，使偽逆矩陣變?yōu)橄∈杈仃嚕行У販p少了計(jì)算量，同時(shí)采用了閾值法，去除波前重構(gòu)矩陣算子中對(duì)精度影響較小的一些波基系數(shù)項(xiàng)，進(jìn)一步增加了矩陣的稀疏程度，提高了運(yùn)算效率。最后對(duì)本文采用的波基重構(gòu)算法與傳統(tǒng)的最小二乘法、Zernike模式法和迭代法進(jìn)行了比較，從理論和仿真兩方面驗(yàn)證了該算法具有收斂速率快的特點(diǎn)。
　　針對(duì)液晶空間光調(diào)制器控制單

4、元數(shù)多、以其作為輸入信號(hào)直接進(jìn)行波前相位畸變補(bǔ)償時(shí)計(jì)算量大的問題，將控制輸入與描述波前畸變的Zernike多項(xiàng)式系數(shù)形成映射，極大地減小了系統(tǒng)維數(shù)，有效地提高了計(jì)算效率。引入單純形算法，通過對(duì)選取的性能指標(biāo)優(yōu)化，得到最佳的Zernike多項(xiàng)式，實(shí)現(xiàn)精確的相位畸變補(bǔ)償。針對(duì)傳統(tǒng)的單純形算法易收斂于局部極點(diǎn)、難以實(shí)現(xiàn)全局最優(yōu)的特點(diǎn)，對(duì)單純形算法進(jìn)行了改進(jìn)，仿真結(jié)果表明，改進(jìn)后的算法均可以通過重新初始化跳出局部極點(diǎn)繼續(xù)尋優(yōu)，同時(shí)分析了各種改進(jìn)

5、算法的特點(diǎn)，為實(shí)際應(yīng)用提供了依據(jù)。
　　針對(duì)衛(wèi)星平臺(tái)振動(dòng)、噪聲擾動(dòng)等干擾產(chǎn)生的光束偏移問題，提出了基于壓電偏轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)的補(bǔ)償方案，設(shè)計(jì)了基于改進(jìn)型 LMS算法的自適應(yīng)控制器，利用Filtered-X LMS算法保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，討論了最優(yōu)步長(zhǎng)的選擇方法，針對(duì)信號(hào)的相位延遲問題，引入了自適應(yīng)延遲濾波器，不但補(bǔ)償了系統(tǒng)相位延遲，還可通過自適應(yīng)調(diào)節(jié)輸入信號(hào)相位，在不增加步長(zhǎng)的前提下提高了收斂速度，最后設(shè)計(jì)了自適應(yīng)偏差濾波器，補(bǔ)償了低頻