星地激光通信中非柯?tīng)柲缏宸蛲牧饔绊懷芯?pdf

1、衛(wèi)星激光通信技術(shù)是衛(wèi)星通信領(lǐng)域的高新技術(shù)，與傳統(tǒng)的衛(wèi)星微波通信相比，具有傳輸數(shù)據(jù)率高、通信容量大、抗干擾性能強(qiáng)、信息安全性高、設(shè)備體積小、重量輕、功耗低、不需要無(wú)線電頻率使用許可等諸多優(yōu)點(diǎn)。自二十世紀(jì)六十年代以來(lái)，美國(guó)、歐洲各國(guó)以及日本等發(fā)達(dá)國(guó)家甚至包括一些發(fā)展中國(guó)家都先后投入了大量的人力和物力進(jìn)行衛(wèi)星激光通信技術(shù)的研究和開(kāi)發(fā)。經(jīng)過(guò)半個(gè)多世紀(jì)的努力，衛(wèi)星激光通信技術(shù)的研究已經(jīng)進(jìn)入到了空間實(shí)驗(yàn)階段，并已成功地進(jìn)行了多次星地和星間激光通信實(shí)

2、驗(yàn)，正在向商業(yè)化和應(yīng)用化方向發(fā)展。
　　在衛(wèi)星激光通信的諸多鏈路中，星地鏈路作為其主干鏈路尤其受到關(guān)注并得到廣泛研究。對(duì)于星地激光通信而言，由于地球大氣層是其通信信道的一部分，因此大氣湍流會(huì)對(duì)激光通信鏈路的建立和保持及其性能產(chǎn)生影響。進(jìn)行大氣湍流對(duì)星地激光通信影響的研究，對(duì)衛(wèi)星激光通信的系統(tǒng)設(shè)計(jì)、在軌試驗(yàn)以及實(shí)際應(yīng)用都具有重要的指導(dǎo)意義。
　　迄今為止，大氣湍流對(duì)星地激光通信影響的研究主要考慮的是柯?tīng)柲缏宸颍↘olmogo

3、rov）湍流，因?yàn)檫@一模型不僅簡(jiǎn)單，而且在邊界層有大量的實(shí)驗(yàn)支持。然而，大氣湍流的實(shí)測(cè)卻表明對(duì)流層的大氣湍流是Kolmogorov湍流，平流層（包括對(duì)流頂層）的大氣湍流卻是另外一種湍流存在，即非柯?tīng)柲缏宸颍∟on-Kolmogorov）湍流；同時(shí)理論研究的結(jié)果也表明Kolmogorov湍流不是大氣中唯一可能的湍流模型，Non-Kolmogorov湍流在大氣中是存在的。因此，對(duì)于星地鏈路而言，將整個(gè)鏈路的大氣湍流都作Kolmogorov

4、湍流處理顯然已經(jīng)不符合星地鏈路大氣湍流的實(shí)際情況。那么，根據(jù)星地鏈路大氣湍流的實(shí)際情況研究大氣湍流效應(yīng)，進(jìn)而研究大氣湍流對(duì)星地激光通信的影響就成為了一個(gè)需要解決的科學(xué)問(wèn)題。
　　本論文基于大氣湍流效應(yīng)和大氣湍流對(duì)星地激光通信影響的研究現(xiàn)狀，主要進(jìn)行了以下兩個(gè)方面的研究工作：
　　1. Non-Kolmogorov大氣湍流效應(yīng)研究基于Non-Kolmogorov湍流折射率起伏功率譜密度，對(duì)Non-Kolmogorov大氣湍流效

5、應(yīng)進(jìn)行了理論研究，主要包括以下幾方面的內(nèi)容：
　　1）建立了Non-Kolmogorov大氣湍流光束漂移方差的理論模型，利用幾何光學(xué)近似方法，給出了弱起伏條件下準(zhǔn)直光束和聚焦光束光束漂移方差的解析表達(dá)式。
　　2）建立了弱起伏條件下 Non-Kolmogorov大氣湍流到達(dá)角起伏的理論模型，包括三方面的內(nèi)容：
　　（1）研究了Non-Kolmogorov大氣湍流的到達(dá)角起伏，利用譜分析法，給出了弱起伏條件下平面波和球面

6、波到達(dá)角起伏方差的解析表達(dá)式；
　?。?）研究了Non-Kolmogorov大氣湍流到達(dá)角起伏的外尺度效應(yīng)，利用譜分析法，給出了弱起伏條件下平面波和球面波包含內(nèi)外尺度的到達(dá)角起伏方差的解析表達(dá)式，這些表達(dá)式具有更大的適用范圍；
　　（3）研究了Non-Kolmogorov大氣湍流到達(dá)角起伏的時(shí)間變化特征，給出了弱起伏條件下平面波和球面波到達(dá)角起伏時(shí)間頻率譜的解析表達(dá)式。
　　3）建立了弱起伏條件下 Non-Kolmog

7、orov大氣湍流振幅（光強(qiáng)）起伏的理論模型，包括兩個(gè)方面的內(nèi)容：
　　（1）研究了Non-Kolmogorov大氣湍流高斯光束的振幅起伏，給出了弱起伏條件下高斯光束對(duì)數(shù)振幅方差的解析表達(dá)式；并在此解析表達(dá)式基礎(chǔ)上，針對(duì)不同的光束類型，給出了準(zhǔn)直光束、聚焦光束和會(huì)聚光束對(duì)數(shù)振幅方差的解析表達(dá)式。
　　（2）研究了Non-Kolmogorov大氣湍流光強(qiáng)起伏的時(shí)間變化特征，給出了弱起伏條件下平面波和球面波光強(qiáng)起伏時(shí)間頻率譜的解析

8、表達(dá)式。
　　2.Non-Kolmogorov大氣湍流對(duì)星地激光通信影響研究建立了星地激光通信的聯(lián)合大氣湍流光波傳輸理論模型，利用一個(gè)星地鏈路聯(lián)合大氣湍流模型，研究了對(duì)流層Kolmogorov湍流和平流層Non-Kolmogorov湍流對(duì)衛(wèi)星激光通信的聯(lián)合影響，對(duì)上行鏈路和下行鏈路的長(zhǎng)期光束擴(kuò)展、閃爍指數(shù)以及誤碼率等進(jìn)行了分析。
　　本論文的研究工作是關(guān)于大氣湍流效應(yīng)及其對(duì)星地激光通信影響的應(yīng)用基礎(chǔ)研究?；谛堑劓溌反髿馔牧?/p>