大气湍流效应对星地相干激光通信系统的影响及自适应补偿技术研究

由南京大学（苏州）高新技术研究院承担的2020年江苏省自然基金项目---“大气湍流效应对星地相干激光通信系统的影响及自适应补偿技术研究”已立项，该项目主要由姜义君副研究员负责，项目总经费为10万元。自上世纪六十年代开始，随着美国卫星激光通信构想的提出，各主要航天大国在发展卫星微波通信技术的同时，都将卫星激光通信技术作为下一代卫星通信系统的首选技术，纷纷投入了巨大的人力、物力和财力。我国也在2012年、2017年和2019年进行了三次星地激光通信试验。在可预见的未来，卫星激光通信将成为新一代卫星通信网络的首要技术手段。随着通信数据率的进一步提高，相干激光通信技术已经成为下一代通信体制的首选方案。但是星地自由空间信道中存在的大气湍流效应将成为整个通信系统的最大影响因素。针对上述问题，该项目将分别对星地激光上行和下行链路的光强和相位起伏效应进行研究，建立星地相干激光通信系统性能分析模型，从而对光强和相位起伏影响下的星地相干激光通信系统性能进行研究，并在此基础上分别探讨上行和下行链路系统性能的自适应补偿方案。

该项目的创新之处在于，针对相干星地激光通信，综合考虑大气湍流引起的光强闪烁、光束漂移和相位起伏效应，分别针对上行和下行链路的不同情况，建立适用于星地相干激光通信系统性能分析的上行和下行接收光场特性模型。基于上行和下行链路接收光场特性模型，以及孔径平均和相位结构函数等相关理论，同时结合相干光通信的相位估计和误码分析理论，建立大气湍流影响下的星地上行和下行相干激光通信系统性能分析模型。结合上述误码分析模型、自适应光学畸变补偿理论以及畸变光场的衍射传输理论，分别针对上行和下行链路，建立自适应光学对星地相干激光通信系统性能改善效果分析的理论模型。通过该模型研究自适应光学系统对大气湍流效应的补偿问题，并对补偿后的系统性能进行分析。相干激光通信是未来卫星光通信的发展趋势，而该方向的发展急需相关的理论和实验基础。大气湍流对星地相干激光通信系统性能影响研究将为星地相干激光通信技术的发展提供重要的理论和实验依据，其研究成果对星地相干激光通信的发展具有指导意义。