低轨卫星间相干激光通信接收技术研究
在信息量不断增长的今天，无论是在军用领域还是民用方面，对于速率高、保密性好、大容量通信技术的需求都很迫切，而相干激光通信是解决上述需求的有效途径，并且将会成为未来重要的发展方向。其中零差相干激光通信具有抗干扰能力强、探测灵敏度高等优点，因此获得广泛的应用。光学锁相环作为相干激光通信中接收技术的核心，其主要的作用是实现本振光与信号光相位保持完全同步。零差光学锁相环多采用科斯塔斯环作为锁相环，基于科斯塔斯环的零差相干接收机是目前最优的锁相接收方式。 本文以空间相干激光通信为背景，针对高速率空间相干激光通信为应用需求，针对传统相干激光通信的不足，开展了基于正交相移键控(QuadraturePhaseShiftKeying,QPSK)的相干激光通信接收技术研究。虽然科斯塔斯环目前综合性能最优，但是抗干扰能力、响应速度以及频率捕获跟踪方面仍需提高。为此，通过建立模型对科斯塔斯环结构进行改进，提出并设计自适应科斯塔斯环，使其结构更为简单，改进后拥有较高的抗干扰能力、更快的响应速度以及更稳定的频率捕获跟踪能力，以此来解决相干激光通信QPSK调制与解调响应速率的问题，并使用自适应科斯塔斯环来进行实验测试。设计了基于自适应科斯塔斯环环路控制系统，优化了环路设计，以此实现高精度相位的锁定。最后搭建实验平台，对所设计的基于自适应科斯塔斯环零差相干激光通信系统进行测试，虽然测试实验是在信息速率为2Gbit/s下验证了基于自适应科斯塔斯环的QPSK调制与解调系统的性能，但是测试结果表明，传统科斯塔斯环系统响应时间在110ms，而基于自适应科斯塔斯环系统响应时间在60ms，响应速率明显提升，说明了设计的自适应科斯塔斯环较传统环路有效提高了收敛性。并且在信号光功率为-36.9dBm时，设计的接收机系统能够可靠跟踪接收信号频率偏移量并完成解调，验证了本文设计的自适应科斯塔斯环具备良好的稳定性。
相干激光通信;科斯塔斯环;正交相移键控;抗干扰能力
长春理工大学
硕士
光学工程
宋延嵩
2022
中文
TN929.1
2023-02-17（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）