CN105610488B - 一种星间自零差相干光通信接收***的多普勒效应在轨补偿方法 - Google Patents

一种星间自零差相干光通信接收***的多普勒效应在轨补偿方法 Download PDF

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Abstract

一种星间自零差相干光通信接收***的多普勒效应在轨补偿方法，涉及针对星间自零差相干光通信接收***多普勒效应的在轨参数补偿技术。解决了采用自动控制环路对星间自零差相干光通信接收***多普勒效应进行补偿会提高接收机的复杂度的问题。本发明首先计算频率差，选取最大频偏，然后计算通信比特率与最大频偏的比值，判断该比值是否满足获得不间断激光通信链路的条件，如果是，则维持通信比特率的值，否则，改变通信比特率，直到所述比值满足所述条件。本发明通过适当选取***参数来降低多普勒频移的影响，从而维持***通信性能在可容忍的范围之内，无需使用自动控制环路，简化了接收机结构的复杂度，适用于卫星光通信星间相干通信领域。

Description

一种星间自零差相干光通信接收***的多普勒效应在轨补偿 方法
技术领域
本发明涉及针对星间自零差相干光通信接收***多普勒效应的在轨参数补偿技术，属于卫星光通信星间相干通信技术领域。
背景技术
在进行卫星间激光通信时，不同卫星间的相对高速运动会产生多普勒频移效应。当采用DPSK调制/自零差探测的通信体制时，多普勒频移将导致接收光的载波频率与解调器相干频率点的失配，从而增大自差光通信***误码率，降低通信质量。为减小多普勒频移的影响，通常采用自动控制环路进行补偿，这种方法显著增加了接收机的复杂度以及光通信终端的研制难度。
发明内容
本发明的目的是为了解决采用自动控制环路对星间自零差相干光通信接收***多普勒效应进行补偿会提高接收机的复杂度的问题，提供一种星间自零差相干光通信接收***的多普勒效应在轨补偿方法。
本发明所述的一种星间自零差相干光通信接收***的多普勒效应在轨补偿方法包括以下步骤：
步骤一、根据发射机所在卫星平台的轨道信息及接收机所在卫星平台的轨道信息计算卫星间多普勒频移周期变化引起的频率差△f，选取频率差△f的最大值作为最大频偏△fmax；
步骤二、计算通信比特率Rb与最大频偏△fmax的比值Rb/△fmax；
步骤三、判断步骤二得到的比值是否满足获得不间断激光通信链路的条件，当判断结果为是时，结束所述的多普勒效应在轨补偿方法，否则，执行步骤四；
步骤四、改变通信比特率Rb，然后返回步骤二。
本发明在实际应用中，根据确定的通信卫星轨道参数，即可得出卫星轨道运行时间内及激光信号在链路过程中的多普勒频移情况。本发明提出一种通过适当选取***参数的方法来降低多普勒频移的影响，从而维持***通信性能在可容忍的范围之内，这种设计方式无需引入额外设计，避免了使用自动控制环路，极大的简化了接收机结构的复杂度，降低了光通信终端的研制难度。
附图说明
图1为星间链路光波传输模型；
图2为本发明所述的一种星间自零差相干光通信接收***的多普勒效应在轨补偿方法的流程图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述的一种星间自零差相干光通信接收***的多普勒效应在轨补偿方法，包括以下步骤：
步骤一、根据发射机1所在卫星平台的轨道信息及接收机2所在卫星平台的轨道信息计算卫星间多普勒频移周期变化引起的频率差△f，选取频率差△f的最大值作为最大频偏△fmax；
步骤二、计算通信比特率Rb与最大频偏△fmax的比值Rb/△fmax；
步骤三、判断步骤二得到的比值是否满足获得不间断激光通信链路的条件，当判断结果为是时，结束所述的多普勒效应在轨补偿方法，否则，执行步骤四；
步骤四、改变通信比特率Rb，然后返回步骤二。
如图1所示，发射机1和接收机2两个光通信终端分别安装在两个卫星平台上，受卫星轨道运动的影响，在星间激光通信过程中发射机1和接收机2间存在相对运动。
有效链路(即获得不间断激光通信链路)的判定条件是：
(1)两颗卫星间无遮挡，均处于对方的可视区域内，考虑相邻轨道卫星间的顺行链路，发射机1和接收机2始终处于对方的可视区域；
(2)激光链路过程中误码率不高于要求值。
所述要求值可以取10-6。
具体实施方式二：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式是对实施方式一所述的一种星间自零差相干光通信接收***的多普勒效应在轨补偿方法的进一步限定，步骤一中最大频偏△fmax的获得方法为：
发射机1和接收机2之间的距离L(t)满足公式(1)和公式(2)，
L(t0+τ0)＝L0+v(t0+τ0)＝cτ0 (1)
L(t0+△t+τ1)＝L0+v(t0+△t+τ1)＝cτ1 (2)
其中，P0和P1为发射机1发出的信号中的两个点，
P0在t＝t0时刻从发射机1发出，经传输时间τ0后到达接收机2，
在发射端，P1与P0的时间间隔为△t，
P1经传输时间τ1后到达接收机2，
L0为t＝0时刻发射机1和接收机2之间的距离，
v为两个卫星间的相对运动速度；
根据公式(1)和公式(2)得到公式(3)，
在接收端，P0和P1的时间间隔变为△t'，
令△t代表光载波信号的一个周期，即△t＝1/ft，ft为发射机1发射的光载波信号的频率，
那么接收机2接收到的光载波频率fr为
发射机1与接收机2之间相对运动造成的接收机2接收的光载波频率与发射机1发射的光载波频率之差为
△f＝fr-ft (6)
取△f的最大值作为最大频偏△f max。
每个卫星平台的轨道是确定的，根据两个卫星平台的轨道平面倾角和轨道平均高度，以及两个卫星平台之间的相位间隔这些轨道参数可以算出发射机与接收机之间相对运动速率，进而得到最大频偏△fmax。
具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式是对实施方式二所述的一种星间自零差相干光通信接收***的多普勒效应在轨补偿方法的进一步限定，步骤三中获得不间断激光通信链路的条件为Rb/△fmax≥14。
仿真结果表明，为使通信误码率在整个激光链路过程中不高于10-6，从而获得不间断激光通信链路，对于超高斯、高斯和FP光滤波器，要求通信比特率Rb分别大于13.6△fmax、13.3△fmax和13△fmax。
因此选定获得不间断激光通信链路条件为Rb/△fmax≥14。判断Rb/△fmax是否满足获得不间断激光通信链路条件，当Rb/△fmax≥14时，保持Rb不变，当Rb/△fmax<14时，重新设置Rb的值，直到满足Rb/△fmax≥14。

Claims (2)

1.一种星间自零差相干光通信接收***的多普勒效应在轨补偿方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、根据发射机(1)所在卫星平台的轨道信息及接收机(2)所在卫星平台的轨道信息计算卫星间多普勒频移周期变化引起的频率差Δf，选取频率差Δf的最大值作为最大频偏Δfmax；
步骤二、计算通信比特率Rb与最大频偏Δfmax的比值Rb/Δfmax；
步骤三、判断步骤二得到的比值是否满足获得不间断激光通信链路的条件，当判断结果为是时，结束所述的多普勒效应在轨补偿方法，否则，执行步骤四；
步骤四、改变通信比特率Rb，然后返回步骤二；
步骤一中最大频偏Δfmax的获得方法为：
发射机(1)和接收机(2)之间的距离L(t)满足公式(1)和公式(2)，
L(t0+τ0)＝L0+v(t0+τ0)＝cτ0 (1)
L(t0+Δt+τ1)＝L0+v(t0+Δt+τ1)＝cτ1 (2)
其中，P0和P1为发射机(1)发出的信号中的两个点，P0在t＝t0时刻从发射机(1)发出，经传输时间τ0后到达接收机(2)，P1与P0的时间间隔为Δt，P1经传输时间τ1后到达接收机(2)，L0为t＝0时刻发射机(1)和接收机(2)之间的距离，v为两个卫星间的相对运动速度；c为光速；
根据公式(1)和公式(2)得到公式(3)，
在接收端，P0和P1的时间间隔变为Δt'，
令Δt代表光载波信号的一个周期，即Δt＝1/ft，ft为发射机(1)发射的光载波信号的频率，那么接收机(2)接收到的光载波频率fr为
发射机(1)与接收机(2)之间相对运动造成的接收机(2)接收的光载波频率与发射机(1)发射的光载波频率之差为
Δf＝fr-ft (6)
取Δf的最大值作为最大频偏Δfmax。
2.根据权利要求1所述的一种星间自零差相干光通信接收***的多普勒效应在轨补偿方法，其特征在于，步骤三中获得不间断激光通信链路的条件为Rb/Δfmax≥14。
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