引用本文:
赵卓,谌明,刘向南,等. 降低随机振动对卫星激光通信光纤耦合影响的补偿算法[J]. 光通信技术,2020,44(12):47-51.
赵 卓,谌 明,刘向南*,杨成武,李晓亮
(北京遥测技术研究所,北京 100094)
【下载PDF全文】 【下载Word】摘要:为了补偿卫星平台随机振动引起的空间光-单模光纤耦合效率损失,对比分析了基于章动算法和随机并行梯度下降(SPGD)算法的参数选取对算法稳定性和收敛速度的影响,并在典型卫星振动谱条件下对2种算法的补偿效果进行了评估。仿真结果表明:章动算法补偿后的平均耦合效率为81.26%,均方根误差为7.2×10-4;SPGD算法补偿后的平均耦合效率为80.72%,均方根误差为1.9×10-3。相比于SPGD算法,在最优情况下章动算法的均方根误差降低了62.1%,其稳定性更好。
关键词:卫星激光通信;随机振动;光纤耦合;章动;随机并行梯度下降
中图分类号:TN929.1 文献标志码:A 文章编号:1002-5561(2020)12-0047-05
DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2020.12.011
0 引言
随着卫星激光通信技术的不断发展,将光纤器件应用于卫星激光通信系统已成为提高接收灵敏度、扩展通信速率和增强系统集成度的重要途径之一[1-2]。其中,采用单模光纤对空间激光信号进行耦合接收的技术受到了研究人员的广泛关注[3-4]。然而,空间光-单模光纤的耦合接收过程易受卫星平台振动、对准误差等因素的影响,严重降低了光纤耦合效率及其接收稳定性。因此,在卫星平台随机振动条件下如何实现空间光-单模光纤的高效耦合并稳定接收是卫星激光通信系统面临的一项难题。目前,国内外研究人员已经对空间光-单模光纤的耦合效率的提升方法进行了研究。其中,Swanson等人[5]提出一种通过驱动单模光纤对准聚焦光斑改善系统耦合效率的方案。Weyrauch等人[6]提出了一种基于随机并行梯度下降(SPGD)算法的自适应光纤耦合系统来校正大气湍流引起的波前畸变。但是,针对卫星平台随机振动的耦合效率补偿算法的研究相对较少。
本文基于空间光-单模光纤耦合的理论模型和卫星平台振动特点,研究典型卫星平台振动对空间光-单模光纤耦合效率的影响,仿真分析章动算法和SPGD算法对耦合效率损失补偿的优化迭代过程,对比2种算法的参数选取对算法稳定性和收敛速度的影响,评估2种算法对耦合效率损失的补偿性能和稳定性。
4 结束语
结合卫星平台随机振动特点,本文分析了卫星平台振动引起的随机振动对空间光-单模光纤耦合效率的影响。为了补偿随机振动对空间光-单模光纤耦合效率的影响,分别探讨了基于章动算法和SPGD算法这2种补偿算法的章动深度、收敛步长与增益系数、扰动幅度2组主要参数选取对算法稳定性和收敛速度的影响,给出了相应的选取建议。根据卫星平台的典型随机振动特性,对比分析了采用章动算法和SPGD算法对卫星平台随机振动的补偿效果。由仿真结果可知:在典型卫星振动条件下,2种补偿算法均存在最优参数使其收敛速度和耦合效率达到各自的最佳值;2种算法相比,章动算法的收敛速度更快,收敛至稳定状态后的平均耦合效率更高,耦合效率的稳定性更好,更适合卫星激光通信系统的应用。