资料介绍
从光功率的角度,分析了卫星间长距离和出射光束发散角产生的空间传输损耗,当传输速率增加、误码率上升时,接收机灵敏度下降;讨论了不同卫星数目时传输损耗与激光束发散角的关系,在考虑其他光功率开销后,得出了发射光功率,发散角和接收灵敏度相互制约关系。
关 键 词 光功率; 空间光通信; 跟踪与数据中继卫星系统; 发散角; 接收灵敏度
为低轨道飞行体(LEO)提供跟踪与数据中继服务的TDRSS卫星运行在静止卫星轨道上,通信的信道为真空。在真空中,不存在介质的吸收、反射与散射的损耗,也没有介质材料色散与非线性效应的限制,由于光波长比微波低几个数量级,光束发散带来的损耗也相对较低,因此,使用激光通信链路是最佳的选择。空间激光通信具有设备体积小、重量轻、功耗低的特点,光波在真空中传播时,没有色散对传输速率的限制,也没有非线性效应对光功率密度的限制,而光功率损耗大,无法提供中继,所以对光功率容限提出了较高的要求。星间激光链路是一个损耗限制的光通信系统,其中光功率大小是一个非常重要的参数,本文基于光功率,分析TDRSS中发射光功率、光束发散角和接收灵敏度对系统的限制因素。
理论基础
从发射机出来的激光光束,以一定的发散角射向接收卫星,经过长距离传输后,光斑尺寸显著扩大,降低了接收机上的光功率密度。在系统传输码率和误码率的要求下,接收机有一最小可接收光功率,为建立可靠的通信链路,最终到达探测器的接收功率必须大于接收机灵敏度。
1.1 自由空间传输损耗
自由空间的传输损耗是由传输距离和发散角造成的,首先应确定传输距离。TDRSS星工作在静止卫星轨道上,理论上三颗这样的卫星就可以覆盖地球上空除极地外的大部分区域,但是在覆盖区域的交界处,由于对卫星的高度角很小,有效接收面积小,能量密度较低,对接收机灵敏度的要求较高,所以实际系统应用的卫星数多于三颗,如六或九颗。根据卫星轨道高度、地球半径和卫星数可以求出准确的星间距离0R,即通信的传输距离。
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