基于液晶光学相控阵的多终端接入方法研究

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空间激光通信相比于传统的微波通信具有更高的传输速率和更强的抗干扰能力,这些特点使得空间激光通信是未来星地、星间高码率通信的最佳解决方案。然而目前空间激光通信的研究仍处于点对点的通信模式,在空间激光通信、组网过程中,为实现一颗卫星能与多颗卫星实现数据分发、路由、交换等组网功能,需要对一颗卫星终端与多颗卫星终端的物理光束接入进行研究。本文基于液晶光学相控阵多波束生成能力和多波束赋形的理论基础,对空间激光通信捕跟过程中存在的多终端物理接入方法进行了研究。主要研究内容如下:1)分析了液晶光学相控阵的基本理论,对液晶的弹性体理论、指向矢分布、电控双折射效应进行了深入研究。在此基础上并结合相控阵雷达多波束形成理论,提出了两种基于液晶光学相控阵的多波束生成结构:相邻子阵的多波束结构和交叉子阵的多波束结构。并且假设在生成四个波束的条件下,对这两种结构下多波束生成的性能进行了仿真分析及对比。2)设计一种基于主副支路的多终端接入模型,推导在该模型中,到达角α、控制角φ、光束出射角q满足的线性关系。该模型的核心方法是利用液晶光学相控阵的多波束生成与控制能力实现对多个终端的接入。在该模型中,副支路中的LCOPA分为两个区域来处理新接入的终端,将获取到的位置信息数据共享到主支路,由主支路对于这些信息进行校正处理。然后本文针对该多终端接入方法进行了仿真验证,对光束在远场光斑的位置信息以及接入过程中的衍射效率和能量损耗情况进行仿真来验证该方案是否满足空间激光通信终端接入要求。仿真结果发现接入过程中的衍射效率大于80%,能量损耗小于1dB。仿真结果表明采用该模型在理论上是可行的。3)搭建液晶光学相控阵多终端接入实验平台,先对接入实验中所需的液晶光学相控阵进行了静态液晶特性曲线测试。然后进行对于两个终端接入的原理性验证试验,使用高分辨率的CCD获取光束在远场的光斑位置信息,实验结果与本文关于多终端接入方法的理论仿真结果相吻合,表明该多终端接入方法有效可行。
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