大气闪烁对星上终端角探测精度影响的补偿方法研究

摘要

随着卫星光通信技术的不断发展，大气湍流效应对星地激光通信链路的影响逐渐成为越来越多的科研单位和机构的研究热点。大气闪烁效应对星上终端角探测精度的影响严重，不仅会影响通信链路的跟踪稳定性，而且会对链路整体的通信性能产生影响甚至中断。因此，有必要对大气闪烁效应对星上终端角探测精度的影响进行分析，并提出一套适用于星载光通信终端的补偿方法。
　　本文着手基本理论，分析了大气闪烁效应对星上终端角探测精度影响的原因，并进行了仿真，提出了一套适用于星上终端的自适应补偿方法，并通过实验验证了该补偿方法的有效性。理论方面，首先对国内外卫星光通信技术及大气闪烁补偿技术的研究情况进行了分析。随后，详细介绍了大气光学基本理论、光学像差的成因及卫星光通信终端角探测的原理，为本文的研究工作提供了理论依据。其次，基于大气闪烁理论建立了星上终端接收光强的闪烁模型，并通过数值仿真对模型加以验证；通过对星上终端光学系统的仿真，分析了星上终端的光斑成像像差情况，并计算该情况下大气闪烁对质心计算的影响；最后，根据上述理论分析，提出了一种适用于星上终端的自适应曝光补偿方法，并对补偿方法适用于星上终端的可能性进行了分析。实验方面，首先对补偿实验所需的关键参数及关键器件的特性曲线进行了测量与标定，其次通过实验测量了标准质心、无补偿情况下闪烁干扰质心与自适应曝光补偿后的质心，最后对上述测量结果进行了统计分析。数据分析结果显示：自适应曝光控制补偿方法可以有效减小由于大气闪烁引起的光斑成像质心定位误差，从而提高角探测精度。
　　本文提出了一种适用于卫星平台的补偿方法，实验结果显示：该补偿方法可以有效补偿由于大气闪烁效应引起的卫星光通信终端角度探测的误差。本文的研究内容对于星地激光通信链路的快速建立与保持具有重大意义，可以在一定程度上提高通信链路的稳定性及整体通信性能。

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第1章 绪 论

1.1课题研究背景及意义

1.2国内外研究及发展现状

1.3本文的主要内容及结构

第2章 大气光学理论、像差及卫星光通信终端角探测原理

2.1引言

2.2大气光学基本理论概述

2.3光学像差理论概述

2.4卫星光通信终端角探测原理

2.5本章小结

第3章 大气闪烁对星上终端角探测精度的影响及补偿

3.1引言

3.2大气闪烁效应对星上终端接收光强的影响

3.3大气闪烁对星上终端光斑成像的影响分析

3.4自适应曝光控制补偿

3.5本章小结

第4章 补偿方法地面验证实验前标定

4.1引言

4.2半导体激光器输出曲线的标定

4.3 CMOS图像传感器输出曲线的测试及线性区域标定

4.4饱和等效补偿系数的标定

4.5本章小结

第5章 大气闪烁补偿技术地面实验验证

5.1引言

5.2实验方案及系统介绍

5.3大气闪烁自适应曝光控制补偿验证实验结果与分析

5.4本章小结

结论

参考文献

附录1

附录2

攻读硕士学位期间发表的学术论文及其他成果

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致谢