Details

Объект исследования – межспутниковая оптическая линия связи (МОЛС) между малыми космическими аппаратами (МКА) на низкой околоземной орбите (LEO) высотой 600 км с рабочей длиной волны 1550 нм. Цель работы – анализ и численное моделирование энергетических и информационных параметров МОЛС для МКА. Результаты исследования. В ходе работы проведён анализ архитектуры и ключевых особенностей МОЛС для малых КА,, форматы модуляции и изучены различные фотодетекторы. Разработана математическая модель энергетического бюджета линии связи на основе уравнения из пособия с учётом геометрических потерь, потерь наведения и фоновой засветки от Солнца. Выполнены численные расчёты: среднее число сигнальных фотоэлектронов на бит составило n′≈71000, фоновая оптическая мощность PB≈1,9⋅10−6 Вт мощность полезного сигнала PC≈1,3⋅10-6 Вт. Использована прикладная программа Python для численного моделирования энергетического бюджета, расчёта фоновых помех и построения зависимостей BER.

Object of the study – an inter-satellite optical communication link (OISL) between small spacecraft  in low Earth orbit (LEO) at an altitude of 600 km, operating at a wavelength of 1550 nm. Purpose of the work – analysis and numerical modeling of the energy and information parameters of the OISL for small spacecraft. Results of the study. The work analyzes the architecture and key features of OISL for small spacecraft, including modulation formats and various photodetectors. A mathematical model of the link budget has been developed based on an equation from the literature, taking into account geometric losses, pointing losses, and solar background illumination. Numerical calculations have been performed: the average number of signal photoelectrons per bit is n′≈71000, the background optical power is PB≈1.9⋅10−6 W, and the signal power is PC≈1.3⋅10−6 W. Applied software. The Python programming language was used for numerical modeling of the link budget, calculation of background noise, and plotting BER dependencies.

• ОПРЕДЕЛЕНИЯ, ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ
• ВВЕДЕНИЕ
• 1. Архитектура и особенности межспутниковых оптических линий связи для малых космических аппаратов
  • 1.1. Специфика космического канала связи на низких орбитах
  • 1.2. Системы наведения, захвата и сопровождения луча
  • 1.3. Оптические передатчики и форматы модуляции
  • 1.4. Приемники сверхслабых сигналов: однофотонные детекторы
• 2. Энергетический потенциал и математические модели расчета отношения сигнал/шум
  • 2.1. Уравнение оптической дальности
  • 2.2. Классификация потерь в оптическом космическом канале
  • 2.3. Шумы фотоприемного устройства и расчет отношения сигнал/шум
• 3. Информационные характеристики и вероятность ошибки
  • 3.1. Статистические модели оптического приемника
  • 3.2. Вероятность ошибки в зависимости от числа фотоэлектронов
• 4. Анализ методов помехоустойчивого кодирования
  • 4.1. Роль кодирования в межспутниковых оптических линиях
• 5. Постановка задачи
• 6. Состав проектируемой межспутниковой оптической линии связи
  • 6.1. Концепция и структурная схема одноканального приемопередатчика
  • 6.2. Спецификация и обоснование выбора компонентов оптического тракта
    • 6.2.1. Оптический передающий модуль
    • 6.2.2. Оптические антенны и приемный модуль
• 7. Математическое моделирование и программная реализация расчета параметров оптического канала
  • 7.1. Численный анализ энергетического бюджета линии связи
  • 7.2. Расчет фоновых помех космического пространства
  • 7.3 Отношение сигнал/шум для приемника с прямым детектированием
  • 7.4 Влияние вибраций и ошибки наведения (джиттер) на качество связи
    • 7.4.1 Математическая модель потерь при наведении
    • 7.4.2 Вероятность битовой ошибки с учетом джиттера
    • 7.4.3 Накопление ошибок в спутниковой сети
• 8. Понятие и назначение помехоустойчивого кодирования
  • 8.1. Коды Рида–Соломона: принцип работы и практическое применение
    • 8.1.1. Основная идея и практический смысл
    • 8.1.2. Математический аппарат
    • 8.1.3. Обнаружение и исправление ошибок
    • 8.1.4. Пример для понимания
  • 8.2. Выбор помехоустойчивого кода для разрабатываемой системы
• ЗАКЛЮЧЕНИЕ
• СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ