近地激光通信自适应光学系统的研究

摘要

本文研究的自适应光学系统是用于近地大气激光通信。激光作为传输信息的载体在近地大气信道传输过程中极易受到大气湍流的影响，激光在传输过程中会受到大气吸收、大气散射、大气偏折等湍流的影响，从而导致激光波前相位变化、光强起伏、光斑漂移、源像抖动、光束扩展等现象，而这些都将严重影响激光通信的质量，会导致通信码率得不到提高、误码率显著增加，甚至可能会出现帧丢失和通信中断的严重情况。本文研究的自适应光学系统的目的正是为了校正因大气湍流引起的波前相位畸变，实时补偿相位误差，从而提高整个系统的处理速度和精度，改善激光通信系统的质量。
　　本文的主要研究内容包括两个部分：其一是波前处理机的研究，其二是波前处理机后端PZT驱动器的研究。波前处理机部分主要研究了A/D转换模块、波前斜率计算模块、波前复原运算模块、控制运算模块以及D/A转换模块，对各个模块相应的理论以及涉及的算法进行了分析和对比，设计了波前处理机的部分电路。PZT驱动器部分主要研究了该模块的几个性能指标，包括系统的控制带宽、驱动器的电压放大倍数、系统静态纹波、系统的线性误差，完整地设计了整个驱动器的硬件电路，同时对该驱动器进行了仿真。
　　本文采用的是理论分析、系统仿真与实验验证三者相结合的研究方法。在涉及到各个子模块时，先对每个子模块涉及到的理论知识进行分析和研究，在理论知识已经丰富的基础上，再对各个子模块做相应的评估和建模，并做一些相应的仿真，最后搭建相应的电路模块，对整个系统做一些实验验证。
　　本文的最后对整个系统做了相关的实验验证工作。在开启和不开启自适应光学系统的两种情况下，对接收端的接收光功率增益、系统的通信码率以及通信误码率等指标进行了数据采集和分析。结果表明，采用自适应光学系统比较好地校正了由于大气湍流造成的波前畸变，缓解了光强度闪烁、光束漂移和光斑扩展等效应，同时也提高了光功率，改善了近地大气激光通信的质量。

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第一章 绪 论

1.1自适应光学系统的研究背景和意义

1.2自适应光学发展的国内外动态

1.3 近地激光通信大气传输特性研究

1.4 本文的研究目的及主要内容

第二章 自适应光学系统结构介绍

2.1自适应光学系统结构

2.2自适应光学系统的类型和工作原理

2.3哈特曼波前传感器原理

2.4波前处理机系统结构

2.5小结

第三章 自适应光学系统性能指标分析及硬件系统总体设计

3.1 自适应光学系统的性能指标及影响各指标的因素

3.2 自适应光学硬件系统总体设计

3.3 本章小结

第四章 自适应光学系统硬件电路设计

4.1 波前处理机硬件电路设计

4.2 快速倾斜镜PZT驱动器设计

4.3 本章小结

第五章 自适应光学系统调试、实验及仿真

5.1 自适应光学系统调试

5.2 自适应光学系统实验结果

5.3 PZT驱动器仿真

5.4 存在的问题及今后的研究方向

5.5 小结

第六章 总结与展望

致谢

参考文献

在校期间的研究成果