大气相干光通信相干性失配的补偿机制与实验研究

在强背景光的干扰下对微弱激光信号进行高灵敏度检测是大气激光工程(通信、成像、雷达、遥感、测距和制导等)亟需解决的关键问题。相干检测可以达到检测灵敏度的量子极限，并且可以过滤背景光的干扰，其实现的难点在于满足本振光与信号光之间严格的相干性匹配。大气信道的复杂性与随机性会造成相干性失配，因此对相干性失配进行补偿是大气相干检测走向实用化的关键。本项目针对高速率、长距离、全天候大气光通信的重大需求，采用数字信号处理技术对相干性失配进行补偿。主要研究内容包括：（1）针对相干检测的要求，研究频率偏移、相位起伏和偏振变化的产生机理，进而发展相干性失配的补偿机制；（2）建立大气相干光通信仿真计算平台与实验平台。预期成果将在频域频率偏移补偿机制、高相位噪声容限相位补偿机制以及偏振不敏感接收机制方面实现突破，从而提高系统对相干性失配的容忍度和检测灵敏度，这对大气相干光通信以及其它大气激光工程具有重要意义。

随着我国对高速率和大容量的空间信息的获取、处理和传输上的需求越来越高，空间相干光通信正成为空间大容量信息传送的有效手段。本课题紧密围绕着激光信号的大气传输模型和湍流抑制方法进行研究，在非Kolmogorov大气湍流模型、空间分集抑制湍流、部分相干光偏振态湍流抑制、基于序列检测和空间分集的大气湍流闪烁抑制、基于空间光调制器的大气湍流模拟、基于频域特征提取的通用频率偏移估计方法、低复杂度相位估计方法、低复杂度通用型频率偏移估计方法、基于支持向量机的相位噪声消除方法、基于高斯混合模型的非线性补偿算法等方面取得了创新成果，构建了大气相干光通信平台，发表了SCI收录的论文22篇，为进一步推进大气相干光通信奠定了良好的基础。