空间光通信信道调研

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1、光通信系统：光学系统，瞄准跟踪系统，通信系统发射系统，接受系统1.55um前端，滤波亮度，相干度降低，光束抖动，发散瞄准控制子系统：窄信号快速扫描不确定区域信道环境：加性高斯白噪声信道，带限信道，多径衰落信道其中,弓为接收机输入端上的总信号功率,在上行链路中,这一功率在光学探测器的输入端定义,在下行链路中,接收信号功率在接收光学探测器的输入端定义界为发射天线接口处的光学发射功率粉为发射光学系统的效率叮月为发射天线的孔径照射效率再为发射波长为发射孔径面积为发射机瞄准损失,定义为接收机方向上的辐射功率同峰值辐射功率之比。如果发射机直接对准接收机,则瞄准损失为。几,为由传输介质如地球大气层和任何遮挡

2、行星的大气层所导致的部分损失爪。,为由于发射和接收天线偏振模式不匹配导致的部分信号损失为接收孔径面积为链路距离,二,项是发射机为各向同性辐射体时,接收孔径收集到的部分功率、为接收机瞄准损失,定义为发射机方向上接收天线增益同峰值接收天线增益的比值粉为接收光学系统收集效率,定义为在接收探测器的视场内收集到的接收孔径上的部分光学功率。接收功率与光斑功率的比得到光束扩展所产生的损耗为多普勒频移由于传输空间的大气湍流使得大气的折射率不均匀,于是引起激光光斑的闪烁和漂移,产生湍流效应我们把光束截面内的强度闪烁、光束的弯曲和漂移亦称方向抖动、光束弥散畸变以及空间相干性退化等现象,统称为大气湍流效应航天器与地

3、面站是具有一定的仰角的,仰角不同使得经过的路径也不甚相同湍流效应漂移角的均方值为闪烁现象就是激光通信在湍流大气中传输时由于折射率的起伏使其散射强度会发生起伏闪烁的对数强度方差太阳所引起的天空辐射天空辐射率詹恩奇：包围地球的大气层现在认为由对流层、平流层、中层、电离层、热成层和外逸层组成。大气自然分层中各层的分界面不是截然划分开的,从地面一直到上面许多层的气压、质量密度和数密度是随高度的增加而指数或近似于指数递减。通常我们设为对流层顶高度。因对流层中垂直温度递减率在对流层顶处,密度和气压大约分别是海平面值的和,因而地球上空气总量的约四分之三以及几乎全部水汽和大气微粒在对流层里。几乎所有天气现象都

4、发生在对流层里,因此这些成分对天气形成过程来说是重要的,出于完全同样的原因,对流层也是产生主要光学过程的区域。在对流层中水汽和微粒的浓度随高度的递减,平均而言很象指数递减,但比大气密度本身的递减率快得多,与分子散射相比,湍流散射可以忽略在很晴的天气时大气中的散射主要是由空气中的分子引起的。大气分子大小和光学波长相当时,就是瑞利散射在霆和雾的情况下,大气散射主要是由气溶胶和水滴引起的。光学波长远小于气溶胶和水滴尺寸,这种散射就是散射由光的分子瑞利散射理论可以得到下述大气散射系数式中是单位体积的分子数是介质的折射率元是辐射的波长咨是散射的退偏振因子。根据最近的资料,退偏振因子可选为。李菲：大气吸收

5、和散射会引起信号强度的衰减，大气多次散射会导致激光脉冲时间展宽，大气瑞流会带来光强起伏、光束漂移和展宽等多种效应大气的成分包括混合气体、水汽和气溶胶粒子对流层大气中的气体分子和气溶胶粒子对激光传输会产生散射和吸收，大气运动引起的光学折射率起伏导致了光强闪烁、光束漂移、到达角起伏等瑞流效应。介绍大气吸收、大气散射和大气瑞流对激光信号的影响机理讨论了光强闪烁、光束漂移、到达角起伏等效应对的影响机理大气吸收：依赖于光波的频率，当分子固有频率等于入射光频率时的吸收效果最强气溶胶颗粒的吸收影响较小，因此在分析中经常被忽略0.72-15um波段中明显存在个大气窗口，0.85,1.06,1.55,10.6u

6、m已应用大气散射：气体分子会产生璃利散射，瑞利散射系数公式气溶胶粒子的尺寸往往和激光波长相当甚至更大，因此对于气溶胶粒子主要考虑米散射的影响在近地面和低空主要考虑气溶胶粒子的散射影响，而在高空可见光的分子散射与气溶胶散射的影响可相比拟大气衰减：大气瑞流：Richardson提出能量级串模型，认为大气的流动表现为一些不稳定的气团。模型中最大湍涡的尺寸值L0被称为湍流的外尺度最小的湍涡的尺度被记作内尺度l0，在近地面处内尺度一般为1-10mm大尺度湍涡的尺寸通常远大于波长，因此主要产生折射效应；小尺度瑞祸的尺寸与波长同量级，因此主要产生衍射效应、。Cn2随海拔高度变化非常明显，国内外有许多学者提出

7、了不同的Cn2高度廓线模式激光在大气瑞流中的传输：接收孔径上的光波场分布可以表示为Rytov近似法：当大气折射率在单位值1附近起伏时，光波场可以表示为为湍流引起的光波随机复相位扰动多阶形式之和针对各种大气瑞流效应，各国的研究人员也对各种校正技术展幵了研究。目前的研宄方向主要有大孔径接收、空间分集、、自适应光学、纠错编码、以及部分相干光等技术。LDPC码：良好的距离特性,没有差错平底特性，译码错误均