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物理学 > 光学

arXiv:2412.14589 (physics)
[提交于 2024年12月19日 ]

标题: 地球静止轨道到地面无信标链路获取的能耗与相干检测下的随机振动

标题: Energy Consumption of GEO-to-ground Beaconless Link Acquisition Against Random Vibration with Coherent Detection

Authors:Sen Yang, Xiaofeng Li
摘要: 地球静止轨道卫星与地面保持良好的同步,减少了在建立光链路时的捕获时间优先级。 而能量是卫星执行空间任务的重要资源,捕获过程中的能耗上升为主要优化目标。 然而,之前没有研究涉及这个问题。 受此差距的驱动,本文首先建模相干检测系统中发射功率与接收信噪比之间的关系,结合相应的单场捕获概率,计算出捕获时间,并进一步推导出扫描-凝视模式下的多场捕获能耗的闭式表达式。 然后对于双扫描技术,通过捕获能耗的概率密度函数的归纳,将其转化为扫描-凝视的等效形式,从而获得捕获能耗。 随后对这两种模式进行了优化。 上述理论推导通过蒙特卡洛仿真得到验证。 因此,双扫描的捕获能耗低于扫描-凝视,捕获时间约为后者的一半,使其成为更高效的技術。 值得注意的是,最优光束发散角是激光能够调制的最小值,无信标捕获能耗仅为有信标的6%,表明无信标是为能耗优化目标的光链路捕获的更好策略。
摘要: The GEO satellite maintains good synchronization with the ground, reducing the priority of acquisition time in the establishment of the optical link. Whereas energy is an important resource for the satellite to execute space missions, the consumption during the acquisition process rises to the primary optimization objective. However, no previous studies have addressed this issue. Motivated by this gap, this paper first model the relationship between the transmitted power and the received SNR in the coherent detection system, with the corresponding single-field acquisition probability, the acquisition time is then calculated, and the closed-form expression of the multi-field acquisition energy consumption is further derived in scan-stare mode. Then for dual-scan technique, through the induction of the probability density function of acquisition energy, it is transformed into the equivalent form of scan-stare, thereby acquiring acquisition energy. Subsequently, optimizations are performed on these two modes. The above theoretical derivations are verified through Monte Carlo simulations. Consequently, the acquisition energy of dual-scan is lower than that of scan-stare, with the acquisition time being about half of the latter, making it a more efficient technique. Notably, the optimum beam divergence angle is the minimum that the laser can modulate, and the beaconless acquisition energy is only 6\% of that with the beacon, indicating that the beaconless is a better strategy for optical link acquisition with the goal of energy consumption optimization.
主题: 光学 (physics.optics)
引用方式: arXiv:2412.14589 [physics.optics]
  (或者 arXiv:2412.14589v1 [physics.optics] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2412.14589
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Sen Yang [查看电子邮件]
[v1] 星期四, 2024 年 12 月 19 日 07:14:48 UTC (1,794 KB)
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