專利名稱：地面到geo衛(wèi)星激光通信中信號(hào)衰落的抑制方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及衛(wèi)星激光通信技術(shù)領(lǐng)域，具體是ー種在地面到地球靜止軌道(GEO)衛(wèi)星的上行激光通信中，降低大氣湍流及對(duì)準(zhǔn)誤差引起的信號(hào)衰落，從而降低平均發(fā)射光功率的ー種方法。
背景技術(shù)：
衛(wèi)星激光通信具有通信容量大、體積小、抗干擾能力強(qiáng)、保密性能好等優(yōu)點(diǎn)，是衛(wèi)星通信技術(shù)ー個(gè)重要發(fā)展方向。在衛(wèi)星到地面的激光通信及地面到衛(wèi)星的激光通信必然會(huì)受到地球大氣湍流層的影響。大氣湍流會(huì)使激光束的波前產(chǎn)生畸變，使激光信號(hào)強(qiáng)度起伏(閃爍)、產(chǎn)生衰落，強(qiáng)度起伏的時(shí)間尺度約為10毫秒量級(jí)，這會(huì)嚴(yán)重影響衛(wèi)星激光通信系統(tǒng)的性能。 大氣湍流對(duì)衛(wèi)星到地面的激光通信及地面到衛(wèi)星的激光通信的影響是不同的。對(duì)于衛(wèi)星到地面的下行激光通信，激光束首先經(jīng)過(guò)遠(yuǎn)距離的自由空間傳輸，再穿過(guò)約20公里的大氣湍流層到達(dá)地面站的光接收機(jī)。湍流只在靠近接收機(jī)的相對(duì)比較短的一段距離內(nèi)起作用。對(duì)于采用強(qiáng)度調(diào)制/直接探測(cè)的衛(wèi)星一地面的激光通信系統(tǒng)，通過(guò)增大地面接收天線直徑，利用大孔徑的孔徑平滑效應(yīng)或采用多孔徑的陣列接收等方法可顯著降低湍流強(qiáng)度閃爍的影響。對(duì)于地面到衛(wèi)星的上行激光通信，大氣湍流引起的強(qiáng)度閃爍更嚴(yán)重。上行激光束首先穿過(guò)約20公里的大氣湍流層，然后再經(jīng)過(guò)至少幾百公里的自由空間傳輸。由于衛(wèi)星上接收天線孔徑尺寸有限(一般小于25厘米)，難以采用大孔徑或陣列接收天線，因此激光到達(dá)衛(wèi)星上后，強(qiáng)度閃爍很大，會(huì)產(chǎn)生深度衰落。對(duì)于地面到衛(wèi)星的上行激光傳輸，多光束發(fā)射技術(shù)是目前最常用的一種湍流強(qiáng)度閃爍抑制技術(shù)，具有較好的工程實(shí)現(xiàn)性。如采用#個(gè)互不相關(guān)的子光束發(fā)射，則總的強(qiáng)度閃爍將降為單個(gè)光束強(qiáng)度閃爍的1/#。但這種方法要求各子光束都具有獨(dú)立的捕獲、跟蹤及對(duì)準(zhǔn)(ATP)子系統(tǒng)，并具有獨(dú)立的光學(xué)天線。因此多光束發(fā)射系統(tǒng)的總成本將為單光束發(fā)射系統(tǒng)的#倍。并且導(dǎo)致激光通信端機(jī)體積增大，不便于移動(dòng)。抑制無(wú)線信道的信號(hào)強(qiáng)度起伏還有ー種很常用的方法，就是自動(dòng)功率控制技木。發(fā)射機(jī)發(fā)出的載波信號(hào)經(jīng)過(guò)無(wú)線信道傳輸后，由接收機(jī)測(cè)量接收信號(hào)的強(qiáng)度起伏，然后由反向鏈路將這個(gè)強(qiáng)度起伏傳送到發(fā)射端，再根據(jù)這個(gè)強(qiáng)度起伏控制發(fā)射機(jī)的發(fā)射功率，從而使接收機(jī)接收到的信號(hào)強(qiáng)度起伏程度減弱，保持接收功率穩(wěn)定。這種發(fā)射端自動(dòng)功率控制方法已在無(wú)線移動(dòng)通信中得到了廣泛應(yīng)用，在空間光通信中也可采用類似的方法(劉自力，涂翠霞，自由空間光通信系統(tǒng)及其發(fā)送功率的控制方法，中國(guó)專利，申請(qǐng)?zhí)?00410052212. 0)，但這種方法只適用于發(fā)射機(jī)、接收機(jī)相距較近，并且信號(hào)強(qiáng)度起伏頻率較低的應(yīng)用條件下。對(duì)于地面與衛(wèi)星之間的通信，由于距離很遠(yuǎn)，衰落信號(hào)波形的回傳延時(shí)很大，而湍流引起的信號(hào)衰落的持續(xù)時(shí)間只有10毫秒級(jí)，此時(shí)信道的衰落早已不相關(guān)了，因此無(wú)法采用這種形式的自動(dòng)功率控制技術(shù)來(lái)抑制湍流引起的快速信號(hào)衰落。為便于地面站發(fā)射的激光束準(zhǔn)確對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星，衛(wèi)星需要向地面站發(fā)射一束下行信標(biāo)光，地面站的圖像傳感器可以根據(jù)這束下行信標(biāo)光，獲得目標(biāo)衛(wèi)星的方位信息，然后驅(qū)動(dòng)快速偏轉(zhuǎn)鏡使上行激光束準(zhǔn)確指向衛(wèi)星，從而消除各種對(duì)準(zhǔn)誤差的影響。本專利申請(qǐng)人的前期研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)于采用收發(fā)共用天線系統(tǒng)的地面與衛(wèi)星之間的雙向激光傳輸，如使地面光學(xué)天線處發(fā)射的上行激光束的空間振幅及相位分布，與無(wú)湍流時(shí)下行信標(biāo)光的空間振幅及相位分布一致，則存在湍流吋，下行信標(biāo)光在地面接收光學(xué)天線焦點(diǎn)處的強(qiáng)度起伏與上行激光束在衛(wèi)星平面光軸上的強(qiáng)度起伏將是一致的、強(qiáng)相關(guān)的。利用這個(gè)特性，通過(guò)下行信標(biāo)光，地面站不僅可獲得目標(biāo)衛(wèi)星的方位信息，還可獲得上行激光束在衛(wèi)星上的光強(qiáng)起伏波形，而不需要在衛(wèi)星上測(cè)量上行激光束的強(qiáng)度起伏波形并回傳到地面站，從而可繼續(xù)采用自動(dòng)功率控制技術(shù)來(lái)自動(dòng)控制上行激光束的發(fā)射功率，達(dá)到降低上行激光信號(hào)衰落，提高激光通信系統(tǒng)性能的目的。對(duì)于地面到GEO (對(duì)地靜止軌道)衛(wèi)星的上行激光通信，為了克服大氣湍流及地面發(fā)射機(jī)對(duì)準(zhǔn)誤差引起的上行激光束的信號(hào)衰落。利用下行信標(biāo)光在地面接收光學(xué)天線后焦 點(diǎn)處的強(qiáng)度起伏與上行激光束在GEO衛(wèi)星處的強(qiáng)度起伏規(guī)律是一致的這ー特點(diǎn)，采用ー根單模光纖實(shí)時(shí)測(cè)量下行信標(biāo)光的強(qiáng)度起伏波形，然后利用這個(gè)強(qiáng)度起伏波形對(duì)上行激光束的發(fā)射功率進(jìn)行自適應(yīng)控制，使GEO衛(wèi)星接收到的信號(hào)功率平穩(wěn)，從而抑制上行激光束的信號(hào)衰落，由于上行激光束在衛(wèi)星上的光強(qiáng)與下行信標(biāo)光在地面光學(xué)天線后焦點(diǎn)處的強(qiáng)度起伏相關(guān)的角度很小，因此這種湍流強(qiáng)度閃爍抑制方法只能應(yīng)用于地面站(可高速運(yùn)動(dòng))到GEO衛(wèi)星的上行激光通信中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)由于上行激光束在衛(wèi)星上的光強(qiáng)與下行信標(biāo)光在地面光學(xué)天線后焦點(diǎn)處的強(qiáng)度起伏相關(guān)的角度很小，湍流強(qiáng)度閃爍抑制方法只能應(yīng)用于地面站到GEO (對(duì)地靜止軌道)衛(wèi)星的上行激光通信中。本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案是提出ー種地面到GEO衛(wèi)星激光通信中信號(hào)衰落的抑制方法。該方法包括，從GEO衛(wèi)星發(fā)出的下行信標(biāo)激光通過(guò)大氣湍流后由光學(xué)天線(1-1)接收，經(jīng)過(guò)快速偏轉(zhuǎn)鏡(1-2)及分光鏡(1-3)后，由透鏡(1-5)將下行信標(biāo)光耦合進(jìn)入后焦面的單模光纖(1-6)中，經(jīng)過(guò)波分復(fù)用器(1-7)后用光電探測(cè)器(1-8)將信標(biāo)光轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，信號(hào)處理模塊(1-9)對(duì)該電信號(hào)進(jìn)行放大以及濾波處理后，可得到下行信標(biāo)光的強(qiáng)度起伏波形。由于下行信標(biāo)光強(qiáng)度起伏與上行激光束強(qiáng)度起伏規(guī)律是相同的，因此該強(qiáng)度起伏波形可反映沿同一湍流路徑傳輸?shù)纳闲屑す馐膹?qiáng)度起伏。將該強(qiáng)度起伏波形送入信號(hào)處理中心(1-10)完成信號(hào)功率的判斷，再通過(guò)發(fā)送控制模塊(1-11)對(duì)功率進(jìn)行自動(dòng)控制并完成待傳數(shù)據(jù)的調(diào)制，其中功率自動(dòng)控制的方法可通過(guò)輸入信號(hào)的光電轉(zhuǎn)換之后的功率與發(fā)射所需的功率進(jìn)行比較，通過(guò)功率反饋電路對(duì)功率進(jìn)行補(bǔ)償，使其達(dá)到所需的功率值；待傳數(shù)據(jù)的調(diào)制過(guò)程則是利用下行信標(biāo)光強(qiáng)度起伏的倒數(shù)波形去調(diào)制待傳上行數(shù)據(jù)波形。最后利用所需功率得到匹配的驅(qū)動(dòng)電流，驅(qū)動(dòng)激光器(1-12)發(fā)出激光，該激光功率就具有下行信標(biāo)光強(qiáng)度起伏波形倒數(shù)形式的功率起伏。激光器(1-12)發(fā)出的激光由波分復(fù)用器(1-7)耦合進(jìn)入單模光纖(1-6)中，沿與下行信標(biāo)光信號(hào)完全相反的方向傳輸。經(jīng)過(guò)透鏡(1-5)、分光鏡(1-3)、快速偏轉(zhuǎn)鏡(1-3)后由光學(xué)天線(1-1)發(fā)射出去，形成準(zhǔn)直的上行激光束，最后到達(dá)GEO衛(wèi)星。由于對(duì)準(zhǔn)誤差及大氣湍流波前傾斜的存在，為保證下行信標(biāo)光正確的耦合進(jìn)入單模光纖(1-6)中，保證上行激光束準(zhǔn)確指向GEO衛(wèi)星，還需要一自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)消除對(duì)準(zhǔn)誤差及大氣湍流的波前傾斜。自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)由分光鏡(1-3)分出一部分信標(biāo)光束，通過(guò)光闌(1-15)、透鏡(1-13)后在圖像傳感器(1-14)上成像。由圖像傳感器(1-14)上光斑圖像可獲得下行信標(biāo)光的入射方位，通過(guò)驅(qū)動(dòng)控制模塊(1-16)使快速偏轉(zhuǎn)鏡(1-2)偏轉(zhuǎn)，消除對(duì)準(zhǔn)誤差及大氣湍流的波前傾斜。因?yàn)橄滦行艠?biāo)光與上行激光束是通過(guò)同一單模光纖的，其傳輸路徑完全相同，只是方向相反，因此自動(dòng)跟蹤過(guò)程可同時(shí)完成下行信標(biāo)光到單模光纖(1-6)的耦合及上行激光束對(duì)準(zhǔn)GEO衛(wèi)星，光闌(1-15)用來(lái)限制信標(biāo)光束直徑，使由圖像傳感器(1-14)測(cè)量的由 湍流引起的波前傾斜可基本反映上行激光束的湍流波前傾斜。在本發(fā)明中，采用單模光纖(1-6)獲得下行信標(biāo)光的強(qiáng)度起伏波形，并同時(shí)作為上行激光束的輸出通道。由這根單模光纖(1-6)實(shí)現(xiàn)地面光學(xué)天線(1-1)處發(fā)射的上行激光束的空間振幅分布，與無(wú)湍流時(shí)下行信標(biāo)光的空間振幅分布匹配。從后焦面單模光纖(1-6)輸出的上行激光束傳輸?shù)焦鈱W(xué)天線(1-1)處的空間振幅分布為高斯分布，其波前相位為一平面。而無(wú)湍流時(shí)下行信標(biāo)光在地面光學(xué)天線(1-1)處的波前相位也為一平面，但其空間振幅分布為均勻分布。這個(gè)均勻平面波繼續(xù)傳輸?shù)胶蠼姑鎲文９饫w(1-6)并耦合進(jìn)入光纖中。根據(jù)光耦合理論，這根單模光纖對(duì)下行信標(biāo)光的振幅起空間濾波作用，等效在光學(xué)天線(1-1)平面上，濾波后實(shí)際起作用的振幅分布將與上行激光束的高斯形振幅分布完全相同。這樣，在存在湍流的條件下，單模光纖(1-6)接收的下行信標(biāo)光的強(qiáng)度起伏可以完全反映衛(wèi)星上接收的上行激光束的強(qiáng)度起伏。除此之外，單模光纖(1-6)還可保證接收的下行信標(biāo)光與地面發(fā)射的上行激光束的傳輸路徑完全一致，但方向相反，實(shí)現(xiàn)更高精度的光束對(duì)準(zhǔn)。而且在這種情況下，由自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)的殘余對(duì)準(zhǔn)誤差引起的衛(wèi)星上接收的上行激光束的強(qiáng)度起伏，與單模光纖接收的下行信標(biāo)光的強(qiáng)度起伏，其變化規(guī)律也是完全相同的。因此這種方法可同時(shí)不加區(qū)分地抑制大氣湍流及殘余對(duì)準(zhǔn)誤差引起地信號(hào)衰落。本發(fā)明的有益效果是
(I)在發(fā)射機(jī)端可實(shí)時(shí)獲得發(fā)射機(jī)發(fā)出的激光信號(hào)到達(dá)接收機(jī)端的強(qiáng)度起伏波形，避免了在接收機(jī)端測(cè)量強(qiáng)度起伏波形，并將強(qiáng)度起伏波形從接收機(jī)送回到發(fā)射機(jī)的回傳過(guò)程，使得在遠(yuǎn)距離的地面到GEO衛(wèi)星之間的激光通信中，仍然可以對(duì)發(fā)射機(jī)的發(fā)射功率進(jìn)行自適應(yīng)控制來(lái)抑制瑞流引起快速信號(hào)衰落。(2)只采用ー個(gè)上行激光束就可極大的抑制大氣湍流強(qiáng)度閃爍，降低了上行激光信號(hào)的衰落深度。(3)本發(fā)明還可抑制地面發(fā)射機(jī)對(duì)準(zhǔn)誤差引起的上行激光束的信號(hào)衰落。(4)技術(shù)方案簡(jiǎn)單，相對(duì)于單光束發(fā)射，成本增加不大，但可顯著降低湍流強(qiáng)度閃爍。與多光束發(fā)射技術(shù)相比，可極大地降低成本。


圖I是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是采用前向信號(hào)預(yù)測(cè)的強(qiáng)度起伏波形獲取及處理結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是根據(jù)多相位屏數(shù)值模擬的本發(fā)明實(shí)施例的有益結(jié)果圖。
具體實(shí)施例方式利用下行信標(biāo)光的強(qiáng)度起伏與上行激光束強(qiáng)度起伏的相關(guān)性來(lái)抑制上行激光束強(qiáng)度起伏的一個(gè)實(shí)施例如圖I所示。從GEO (對(duì)地靜止軌道)衛(wèi)星上發(fā)出的下行信標(biāo)激光通過(guò)大氣湍流后由地面光學(xué)天線(1-1)(直徑D約5 20厘米)接收，光學(xué)天線(1-1)為一共焦光學(xué)系統(tǒng)，下行信標(biāo)光經(jīng)過(guò)光學(xué)天線
(1-1)后仍為平行光束，但光束直徑み被壓縮。然后再經(jīng)過(guò)快速偏轉(zhuǎn)鏡(1-2)、分光鏡(1-3)及透鏡(1-5)后，在透鏡(1-5)后焦面上耦合進(jìn)入單模光纖(1-6)中，經(jīng)過(guò)波分復(fù)用器(1-7)后用光電探測(cè)器(1-8)將信標(biāo)光轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，信號(hào)處理模塊(1-9)對(duì)該電信號(hào)進(jìn)行放大以及濾波處理后，可得到下行信標(biāo)光強(qiáng)度起伏波形。將該強(qiáng)度起伏波形送入信號(hào)處理中心(1-10)完成信號(hào)功率的判斷，再通過(guò)發(fā)送控制模塊(1-11)對(duì)功率進(jìn)行自動(dòng)控制并完成待傳數(shù)據(jù)的調(diào)制，其中功率自動(dòng)控制的方法可通過(guò)輸入信號(hào)的光電轉(zhuǎn)換之后的功率與發(fā)射所需的功率進(jìn)行比較，通過(guò)功率反饋電路對(duì)功率進(jìn)行補(bǔ)償，使其達(dá)到所需的功率值。待傳數(shù)據(jù)的調(diào)制過(guò)程則是利用下行信標(biāo)光強(qiáng)度起伏的倒數(shù)波形去調(diào)制待傳上行數(shù)據(jù)波形。最后利用所需功率得到匹配的驅(qū)動(dòng)電流，驅(qū)動(dòng)激光器(1-12)發(fā)出激光，該激光功率就具有下行信標(biāo)光強(qiáng)度起伏波形倒數(shù)形式的功率起伏。激光器(1-12)發(fā)出的激光由波分復(fù)用器(1-7)耦合進(jìn)入單模光纖(1-6)中，沿與下行信標(biāo)光信號(hào)相反的方向傳輸?shù)酵哥R(1-5)的右焦點(diǎn)處輸出。再經(jīng)過(guò)分光鏡(1-3)、快速偏轉(zhuǎn)鏡(1-2)后到達(dá)光學(xué)天線(1-1)表面，形成準(zhǔn)直的上行激光束。此處上行激光束的振幅分布為高斯分布，波前相位近似為一平面。為消除地面發(fā)射機(jī)的對(duì)準(zhǔn)誤差及大氣湍流的波前傾斜，使下行信標(biāo)光高效進(jìn)入單模光纖(1-6)中，并使上行激光束準(zhǔn)確指向GEO衛(wèi)星，還需ー自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)。由分光鏡(1-3)分出一部分信標(biāo)光，通過(guò)光闌(1-15)、透鏡(1-13)后在圖像傳感器(1-14)上成像。由圖像傳感器(1-14)上光斑圖像可獲得下行信標(biāo)光的入射方位，通過(guò)驅(qū)動(dòng)控制模塊(1-16)使快速偏轉(zhuǎn)鏡(1-3)偏轉(zhuǎn)，消除對(duì)準(zhǔn)誤差及大氣湍流波前傾斜。這ー自動(dòng)跟蹤過(guò)程可同時(shí)完成下行信標(biāo)光到單模光纖(1-6)的耦合及上行激光束對(duì)準(zhǔn)GEO衛(wèi)星。單模光纖(1-6)與圖像傳感器(1-14)之間可能存在相對(duì)位置漂移，使自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)的基準(zhǔn)位置發(fā)生變化，其結(jié)果使上行激光束的光軸偏離GEO衛(wèi)星位置。通常的解決方法是增加ー電子快門(1-17)及角錐棱鏡(1-4)，使圖像傳感器(1-14)也可探測(cè)上行激光束的實(shí)際出射方向，從而校準(zhǔn)自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)的跟蹤基準(zhǔn)。短波長(zhǎng)(O. 85 μιη )單模光纖的模場(chǎng)半徑W/ —般約2 3微米左右，為使壓縮后的信標(biāo)光更能夠高效耦合進(jìn)入單模光纖(1-6)中，需滿足如下條件{/ ,式中ぶ為透鏡的焦距，2為激光波長(zhǎng)，透鏡(1-5)直徑為D6，w/為單模光纖的模場(chǎng)半徑。
通常條件下/S/D6 ,在該條件下，信標(biāo)光到單模光纖的最大耦合效率為81. 45%，如再考慮其它因素引起的損耗，50%的耦合效率是可以做到的。從單模光纖端面出射的高斯光束達(dá)到透鏡(1-5)處時(shí)，高斯光束的光腰半徑為W6。光闌(1-15)用來(lái)限制在圖像傳感器(1-14)上成像的下行信標(biāo)光束直徑，使圖像傳感器(1-14)測(cè)量的由湍流引起的波前傾斜可基本反映上行激光束的湍流波前傾斜，然后通過(guò)快速偏轉(zhuǎn)鏡(1-2)的偏轉(zhuǎn)消除湍流引起的波前傾斜及對(duì)準(zhǔn)誤差。一般光闌(1-15)
的孔徑半徑Rli與透鏡(1-13)處上行高斯光束光腰半徑W6相當(dāng)，即R1& = W6。如下行信標(biāo)光與上行激光束采用不同的波長(zhǎng)，則需要對(duì)光學(xué)天線(1-1)及透鏡(1-5)消色差，以保證下行信標(biāo)光可以會(huì)聚在透鏡(1-5)后的單模光纖(1-6)端面處的同 時(shí)，保證從單模光纖端面發(fā)出的上行激光束從光學(xué)天線(1-1)出射后是準(zhǔn)直的。光學(xué)天線(1-1)可以采用透射式天線，也可采用反射式天線，反射式天線不存在色差問(wèn)題。從單模光纖(1-6)中獲得下行信標(biāo)光的強(qiáng)度起伏波形，并用這個(gè)強(qiáng)度起伏波形去控制上行激光束的發(fā)射功率，需要一定的信號(hào)處理時(shí)間，在這一段時(shí)間內(nèi)，由于風(fēng)速的影響，大氣湍流會(huì)發(fā)生變化，使上行激光束的強(qiáng)度起伏與下行信標(biāo)光的強(qiáng)度起伏可能不完全一祥，另外機(jī)械振動(dòng)也會(huì)使單模光纖的位置改變。一般大氣湍流的強(qiáng)度閃爍及機(jī)械振動(dòng)的頻率在IOOHz以下，為降低時(shí)間延遲引起的誤差，信號(hào)處理時(shí)間必須足夠短，小于I毫秒是需要的，最好能達(dá)到0. I毫秒以下。在對(duì)強(qiáng)度起伏波形的獲取及處理時(shí)間內(nèi)，大氣湍流及單模光纖位置可能會(huì)發(fā)生變化。一種更好的信號(hào)處理方式是利用強(qiáng)度起伏的相關(guān)性，根據(jù)以前的強(qiáng)度起伏值預(yù)測(cè)延時(shí)T后的強(qiáng)度起伏值。如圖2所示，從單模光纖(1-6)中測(cè)量的下行信標(biāo)光的強(qiáng)度起伏波形，經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器(2-1)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，然后由前向信號(hào)預(yù)測(cè)模塊(2-2)根據(jù)前n個(gè)采樣時(shí)刻的數(shù)字信
號(hào)X(^1)，X(^2)，…,x(ts)，可采用自適應(yīng)最小均方誤差前向信號(hào)預(yù)測(cè)算法等預(yù)測(cè)算法預(yù)
測(cè)延時(shí)T后的值ズ(ら+ 0 ,再通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換器(2-3)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，將該模擬信號(hào)送入
信號(hào)處理中心(1-10)完成其信號(hào)功率的判斷，再通過(guò)發(fā)送控制模塊(1-11)對(duì)功率進(jìn)行自動(dòng)控制并完成待傳數(shù)據(jù)的調(diào)制，然后利用所需功率得到匹配的驅(qū)動(dòng)電流，最后驅(qū)動(dòng)激光器(1-12)發(fā)出激光。假設(shè)信號(hào)采樣時(shí)間間隔r與信號(hào)處理時(shí)間7相等(T = T )，前向信號(hào)預(yù)測(cè)即根
據(jù)信號(hào)A' 以前時(shí)刻的采樣值xC2T'h X0T),--,ズ(《1)，得到1((>1 + 1)の的估計(jì)
值，〃表示用于預(yù)測(cè)的已知數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)?？刹捎萌缦伦赃m應(yīng)最小均方誤差前向信號(hào)預(yù)測(cè)算法
(I)由以前時(shí)刻的采樣信號(hào)xOT)パ=1，2，…ノ/，，'表示計(jì)算自相關(guān)時(shí)的樣本數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)，i表示采樣數(shù)據(jù)的整數(shù)序數(shù)，F(xiàn)要求足夠大以得到更準(zhǔn)確的信號(hào)自相關(guān)值，計(jì)算信號(hào)的自相關(guān)值叫
權(quán)利要求
1.一種地面到GEO衛(wèi)星激光通信中信號(hào)衰落的抑制裝置，其特征在于地面光學(xué)天線將接收的GEO衛(wèi)星發(fā)出的下行信標(biāo)光耦合進(jìn)入單模光纖，獲得大氣湍流及地面發(fā)射機(jī)對(duì)準(zhǔn)誤差引起的上行激光束在GEO衛(wèi)星上光信號(hào)的強(qiáng)度起伏波形，測(cè)量單模光纖中信標(biāo)光的強(qiáng)度起伏波形，信號(hào)處理中心對(duì)該強(qiáng)度起伏波形進(jìn)行功率判斷，發(fā)送控制模塊對(duì)功率進(jìn)行自動(dòng)控制并完成待傳數(shù)據(jù)的調(diào)制，驅(qū)動(dòng)激光器發(fā)出上行激光，該上行激光由波分復(fù)用器耦合進(jìn)入單模光纖中，沿與下行信標(biāo)光信號(hào)相反的方向傳輸?shù)絾文９饫w的端面輸出，再經(jīng)過(guò)透鏡、分光鏡，快速偏轉(zhuǎn)鏡后，從光學(xué)天線出射形成準(zhǔn)直的上行激光束。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的抑制裝置，其特征在于為消除地面發(fā)射機(jī)的對(duì)準(zhǔn)誤差及大氣湍流的波前傾斜，由分光鏡分出一部分信標(biāo)光，通過(guò)光闌、透鏡后在圖像傳感器上成像，由圖像傳感器上形成的光斑圖像獲得下行信標(biāo)光的入射方位，通過(guò)驅(qū)動(dòng)控制模塊使快速偏轉(zhuǎn)鏡偏轉(zhuǎn)，消除對(duì)準(zhǔn)誤差及大氣湍流波前傾斜。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的抑制裝置，其特征在于所述進(jìn)行功率判斷具體為，下行信標(biāo)光的強(qiáng)度起伏波形，經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器后由前向信號(hào)預(yù)測(cè)模塊根據(jù)前η個(gè)采樣時(shí)刻的數(shù)字信 號(hào)X(^1)，X(t2)，…，xXtJ ,預(yù)測(cè)延時(shí)^后的值+『)，通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào),送入信號(hào)處理中心完成其信號(hào)功率的判斷。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的抑制裝置，其特征在于為使信標(biāo)光高效耦合進(jìn)入單模光纖中，需滿足如下條件/6 / =1.4W//J ,式中Wf為單模光纖模場(chǎng)半徑/6為透鏡的焦距，；1為激光波長(zhǎng)，D6為透鏡直徑。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的抑制裝置，其特征在于所述功率自動(dòng)控制的具體為輸入信號(hào)光電轉(zhuǎn)換之后的功率與發(fā)射所需的功率進(jìn)行比較，功率反饋電路對(duì)功率進(jìn)行補(bǔ)償，使其達(dá)到所需的功率值；待傳數(shù)據(jù)的調(diào)制具體為利用下行信標(biāo)光強(qiáng)度起伏的倒數(shù)波形去調(diào)制待傳上行數(shù)據(jù)波形。
6.一種地面到GEO衛(wèi)星激光通信中信號(hào)衰落的抑制方法，其特征在于地面光學(xué)天線將接收的GEO衛(wèi)星發(fā)出的下行信標(biāo)光耦合進(jìn)入單模光纖，獲得大氣湍流及地面發(fā)射機(jī)對(duì)準(zhǔn)誤差引起的上行激光束在GEO衛(wèi)星上光信號(hào)的強(qiáng)度起伏波形，測(cè)量單模光纖中信標(biāo)光的強(qiáng)度起伏波形，信號(hào)處理中心對(duì)該強(qiáng)度起伏波形進(jìn)行功率判斷，發(fā)送控制模塊對(duì)功率進(jìn)行自動(dòng)控制并完成待傳數(shù)據(jù)的調(diào)制，驅(qū)動(dòng)激光器發(fā)出上行激光，該上行激光由波分復(fù)用器耦合進(jìn)入單模光纖中，沿與下行信標(biāo)光信號(hào)相反的方向傳輸?shù)絾文９饫w的端面輸出，再經(jīng)過(guò)透鏡、分光鏡，快速偏轉(zhuǎn)鏡后，從光學(xué)天線出射形成準(zhǔn)直的上行激光束。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的抑制方法，其特征在于為消除地面發(fā)射機(jī)的對(duì)準(zhǔn)誤差及大氣湍流的波前傾斜，由分光鏡分出一部分信標(biāo)光，通過(guò)光闌、透鏡后在圖像傳感器上成像，由圖像傳感器上形成的光斑圖像獲得下行信標(biāo)光的入射方位，通過(guò)驅(qū)動(dòng)控制模塊使快速偏轉(zhuǎn)鏡偏轉(zhuǎn)，消除對(duì)準(zhǔn)誤差及大氣湍流波前傾斜。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的抑制方法，其特征在于所述進(jìn)行功率判斷具體為，下行信標(biāo)光的強(qiáng)度起伏波形，經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器后由前向信號(hào)預(yù)測(cè)模塊根據(jù)前η個(gè)采樣時(shí)刻的數(shù)字信號(hào) 艱)，X(I2)，…，Χ( Β),預(yù)測(cè)延時(shí)^后的值Χ( Β+Τ)，通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，送入信號(hào)處理中心完成其信號(hào)功率的判斷。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的抑制方法，其特征在于為使信標(biāo)光高效耦合進(jìn)入單模光纖中，需滿足如下條件JJD6 ^lAwf /1,式中久為透鏡的焦距，Λ為激光波長(zhǎng)，O6為透鏡直徑。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的抑制方法，其特征在于所述功率自動(dòng)控制的方法具體為輸入信號(hào)光電轉(zhuǎn)換之后的功率與發(fā)射所需的功率進(jìn)行比較，功率反饋電路對(duì)功率進(jìn)行補(bǔ)償，使其達(dá)到所需的功率值；待傳數(shù)據(jù)的調(diào)制具體為利用下行信標(biāo)光強(qiáng)度起伏的倒數(shù)波形去調(diào)制待傳上行數(shù)據(jù)波形。
全文摘要
一種地面到GEO衛(wèi)星激光通信中信號(hào)衰落的抑制方法及裝置。在地面站用一單模光纖測(cè)量GEO衛(wèi)星發(fā)出的下行信標(biāo)光的強(qiáng)度起伏波形，上行激光束通過(guò)同一根單模光纖沿與下行信標(biāo)光相反的方向傳輸，然后從單模光纖端面出射。用從單模光纖中測(cè)量的下行信標(biāo)光的強(qiáng)度起伏波形的倒數(shù)去調(diào)制待傳上行數(shù)據(jù)波形，然后驅(qū)動(dòng)激光器發(fā)出上行激光，該上行激光束傳輸?shù)紾EO衛(wèi)星后，大氣湍流及地面發(fā)射機(jī)對(duì)準(zhǔn)誤差引起的信號(hào)衰落即可自動(dòng)消除，使衛(wèi)星接收的激光功率平穩(wěn)。在給定的衰落概率下，可降低上行激光束的平均發(fā)射功率。
文檔編號(hào)H04B7/185GK102857294SQ201110178970
公開日2013年1月2日 申請(qǐng)日期2011年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月29日
發(fā)明者向勁松, 楊松, 張孝雷 申請(qǐng)人:重慶郵電大學(xué)