星地光通信ATP对准特性仿真研究.pdf

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1、中国科学技术大学硕士学位论又星地光通信ATP对准特性仿真研究作者姓名：学科专业：导师姓名：完成时间：梁延鹏电路与系统傅忠谦副教授王建宇研究员二O一四年五月UniversityofScienceandTechnologyofChinaAdissertationformaster’SdegreeTheSimulationofATPAlignmentFeaturesinSatellite-to—groundLaserCommunicationAuthor’SName：YanpengLiangSpeciality：Circui

2、tsandSystemsSupervisor：Prof．ZhongqianFuProf．JianyuWangFinishedtime：May，2014中国科学技术大学学位论文原创性声明本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成果。除已特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均己在论文中作了明确的说明。作者签名：墩I验势签字日期：迎!丝丘：≥中国科学技术大学学位论文授权使用声明作为申请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者授权中

3、国科学技术大学拥有学位论文的部分使用权，即：学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入《中国学位论文全文数据库》等有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。本人提交的电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。保密的学位论文在解密后也遵守此规定。留公开口保密(——年)作者签名：斑碰监导师签名：签字日期：业蛆蟛一签字日期：2竺斗衅摘要量子通信将传统的信息学与经典的量子力学相结合，与经典的通信方式相比具有很高的保密性与安全性。自由空间尤

4、其是以卫星为基础的量子通信摆脱了光纤的距离束缚，也为覆盖全球范围的量子通信网络的建立提供了有效途径。由于星地间量子通信系统中量子光束发散角仅有几十个微弧度，因此通信链路的建立与保持是系统的重点和难点。星地量子通信链路的实现是以高精度的捕获跟踪瞄准(AcquisitionTrackingPointing，ATP)系统为基础的，本论文从通信链路中影响ATP对准精度的主要因素出发，对ATP对准过程中存在的方位俯仰特性、超前瞄准特性、基矢校正特性与大气折射特性进行了算法研究与软件仿真。论文的研究内容与创新点主要有：1)对卫星与

5、地面站间量子通信系统进行坐标系建模，推导了一套星地量子通信系统坐标系之间相互转换的算法。在此基础上利用相关轨道预报数据，计算了载荷转台的方位俯仰角度。讨论了卫星载荷与地面站载荷的情况，同时将卫星载荷分为单、双载荷两种情况分别处理。编写软件完成了文中算法的数值仿真，并利用仿真软件STK(SatelliteTool瞄t)进行了本文算法的验证。2)研究了ATP跟踪过程中由于星地终端相对速度太高而造成的超前瞄准闯题，推导了超前瞄准角的计算方法，提出了工程中解决超前瞄准问题的可行性方法。讨论了偏振基矢的传输问题，从量子通信的传输

6、信道出发，通过分析引起偏振基矢方向改变的因素，计算出星地量子通信过程中的基矢偏振改变量，并进行了相关的软件仿真。3)研究了由于大气折射率变化产生的通信光大气偏折现象。结合大气折射率与通信光波长以及海拔高度的关系，对大气偏折角度进行了软件仿真，仿真结果可为ATP的设计提供一定的参考意见。关键词：星地光通信方位俯仰超前瞄准基矢校正大气折射摘要IIAbstract一—————————————————————————————————————————————————————一Quantumcommunicationcombine

7、dthetraditionalcommunicationscienceandthequantummechanics，comparedwiththeclassicalcommunicationwithhighconfidentialityandsecurity．Freespaceespeciallysatellite—basedquantumcommunicationgetsridofthedistanceconstraintsofthefiberalsoprovidedalleffectivewaytobuildwor

8、ldcoveragequantumcommunicationnetwork．Sincequantumbeamdivergenceisonlydozensofmicro—radiansofthequantumcommunicationsystembetweenthesatelliteandtheground，theestablish