高速自由空间光通信无波前传感器自适应光学研究

在远距离高速自由空间光通信系统中，常规的信号处理方法不能有效解决湍流大气引起的一系列通信质量问题！湍流大气是远距离高速空间光通信需要研究和解决的科学问题。本项目面向数百公里大气链路、高传输速率的空间光通信，研究建立复杂湍流大气统计模型的新概念和新方法，探索湍流大气和传播光场相互作用的统计规律，建立非Kolmogorov湍流大气的统计模型；针对传统自适应光学（AO）响应慢、体积大以及自适应差等一系列问题，提出并研究一种基于波前预测的无波前传感器新型自适应光学原理与技术。 项目创新点在于建立新的湍流大气统计模型，采用预测波前与反馈能量迭代新方法，建立新AO系统能量耦合效率的评价函数；并提出一种最陡梯度下降算法和遗传算法结合的能量－相位反演算法，在焦平面实施波前重构及畸变补偿的新技术方法。和在孔径平面补偿的传统AO系统比较，算法更优化，响应快，体积小，重量轻，且可增加系统跟踪范围。

本项目于2011年1月获得国家自然科学基金资助，执行期限为2011年1月至2013年12月。在此期间，围绕项目目标，面向高速自由空间光通信系统卫星——地面光通信需求，重点研究湍流大气对高速空间光通信系统性能的影响及解决方案，提出并研究无波前传感新型自适应光学技术，包括大气湍流理论研究、湍流大气光传输特性研究、湍流大气实验室模拟研究、无波前传感自适应光学算法、波前重构方案、波前矫正技术及光机电一体化技术，本项目将无波前传感器自适应光学技术应用到40Gbit/s空间光通信系统，在实验室模拟的湍流大气环境下，进行了不同调制编码格式的光通信实验，取得了较好效果，拟向实际空间光通信系统工程应用推广，争取搭载到卫星—地面空间光通信系统应用。截止2013年12月，本项目研究已在国内外高水平学术刊物发表学术论文10篇，获得国家授权发明专利一项，培养博士研究生3人，培养硕士研究生5人。搭建无波前传感自适应光学实验平台系统一套，可供研究空间光通信系统和自适应光学技术。