天地一体化信息网络中信号光束偏移对卫星混沌激光安全通信系统性能影响

doi:10.11959/j.issn.2096-8930.2021020

天地一体化信息网络 ›› 2021, Vol. 2 ›› Issue (2): 53-61.doi: 10.11959/j.issn.2096-8930.2021020

所属专题：专题：天地一体化信息网络传输技术

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天地一体化信息网络中信号光束偏移对卫星混沌激光安全通信系统性能影响

李密, 陈强, 曾丞, 汪学, 王祎思, 陈向飞

南京大学现代工程与应用科学学院，智能光传感与调控技术教育部重点实验室，江苏南京，210093

修回日期:2020-06-05 出版日期:2021-06-20 发布日期:2021-06-01
作者简介:李密（1980-），南京大学现代工程与应用科学学院副教授，江苏省大众创业万众创新研究会创始会员，江苏省“六大人才高峰”高层次人才，主要研究方向为超高速空间激光通信技术、空间混沌硬件安全技术
陈强（1971-），南京大学现代工程与应用科学学院教授，主要研究方向为激光通信技术、光纤传感检测技术
曾丞（1996-），南京大学现代工程与应用科学学院硕士生，主要研究方向为空间激光通信技术和空间混沌激光通信技术
汪学（1998-），南京大学现代工程与应用科学学院硕士生，主要研究方向为空间激光通信和空间混沌安全通信
王祎思（1998-），南京大学现代工程与应用科学学院硕士生，主要研究方向为相干激光通信技术、空间混沌硬件安全技术
陈向飞（1969-），南京大学现代工程与应用科学学院教授，主要研究方向为光通信、集成微波光子学、精准光子集成
基金资助:
江苏省“六大人才高峰”高层次人才项目(KTHY-003);国家重点研发计划(2020YFB2205803);中央高校基本科研业务费专项(021314380171);江苏省自然科学基金面上项目(BK20201251);国家自然科学基金(61205045)

Effect of Optical Signal Beam Shift on the Performance of Satellite Chaos Laser Safety Communication System under Space-Integrated-Ground Information Network

Mi LI, Qiang CHEN, Cheng ZENG, Xue WANG, Yisi WANG, Xiangfei CHEN

Key Laboratory of Intelligent Optical Sensing and Manipulation, College of Engineering and Applied Sciences, Nanjing University, Nanjing 210093, China

Revised:2020-06-05 Online:2021-06-20 Published:2021-06-01
Supported by:
Six Talent Peaks Project in Jiangsu Province under Grant(KTHY-003);National Key Research and Development Program of China under Grant(2020YFB2205803);Fundamental Research Funds for the Central Universities under Grant(021314380171);Jiangsu Provincial Natural Science Foundation of China under Grant(BK20201251);National Natural Science Foundation of China under Grant(61205045)

摘要/Abstract

摘要：

研究信号光束偏移对天地一体化信息网络中卫星混沌激光安全通信系统性能的影响，推导由信号光束偏移引起的外失配与内失配影响的系统误码率模型。基于此误码率模型进行数值仿真，研究信号光束偏移如何引起内外失配进而影响系统误码率性能。研究结果表明，光束漂移会在指向误差基础上进一步增大外失配与内失配，从而影响系统性能。当指向误差较小时，优化光束漂移对系统性能提升更大；当指向误差较大时，优化内失配对系统性能提升更大。研究结果对卫星混沌激光安全通信系统的实际工程设计具有重要参考意义，并为将地面高速混沌激光安全技术推广到天地一体化领域奠定基础。

关键词: 天地一体化信息网络, 指向误差, 光束漂移, 卫星激光通信, 卫星混沌安全系统

Abstract:

The eff ect of beam center shift on the performance of satellite chaos laser safety communication system in spaceintegrated-ground information network was studied, the bit error rate (BER) formulae with external and internal mismatch caused by beam center shift was conducted.Based on the BER formulae, the eff ect of beam center shift on external and internal mismatch and system performance was analyzed.The results show that beam wander will further increase external and internal mismatch based on pointing error then aff ect system performance.When pointing error is relatively small, optimizing beam wander will improve system performance more, and when pointing error is relatively large, optimizing internal mismatch will improve system performance more.The research results of this paper have important reference signifi cance for the actual engineering design of satellite chaos laser safety communication system, and lay the foundation for the promotion of terrestrial high-speed chaos laser safety technology to the fi eld of space-integrated-ground.

Key words: space-integrated-ground information network, pointing error, beam wander, satellite laser communication, satellite chaos safety system

中图分类号:

TN929.1

李密, 陈强, 曾丞, 汪学, 王祎思, 陈向飞. 天地一体化信息网络中信号光束偏移对卫星混沌激光安全通信系统性能影响[J]. 天地一体化信息网络, 2021, 2(2): 53-61.

Mi LI, Qiang CHEN, Cheng ZENG, Xue WANG, Yisi WANG, Xiangfei CHEN. Effect of Optical Signal Beam Shift on the Performance of Satellite Chaos Laser Safety Communication System under Space-Integrated-Ground Information Network[J]. Space-Integrated-Ground Information Networks, 2021, 2(2): 53-61.

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参考文献 20

[1]	沈学民, 承楠, 周海波 ,等. 空天地一体化信息网络技术:探索与展望[J]. 物联网学报, 2020,4(3): 3-19.
	SHEN X M , CHENG N , ZHOU H B ,et al. Air-space-ground integrated information network technology:Exploration and prospect[J]. Chinese Journal on Internet of Things, 2020,4(3): 3-19.
[2]	徐益平 . 天地一体化信息网络发展趋势与挑战[J]. 现代雷达, 2017,39(7): 12-16.
	XU Y P . Development trends and challenges of the integrated information network of world and earth[J]. Modern Radar, 2017,39(7): 12-16.
[3]	季新生, 梁浩, 扈红超 . 天地一体化信息网络安全防护技术的新思考[J]. 电信科学, 2017,33(12): 24-35.
	JI X S , LIANG H , HU H C . New thoughts on the security protection technology of the world-ground information network[J]. Telecommunications Science, 2017,33(12): 24-35.
[4]	姜会林, 付强, 赵义武 ,等. 空间信息网络与激光通信发展现状及趋势[J]. 物联网学报, 2019,3(2): 1-8.
	JIANG H L , FU Q , ZHAO Y W ,et al. Development status and trend of spatial information network and laser communication[J]. Chinese Journal on Internet of Things, 2019,3(2): 1-8.
[5]	于思源, 马晶, 谭立英 . 自由空间激光通信技术发展趋势分析[J]. 光通信技术, 2004,(12): 47-50.
	YU S Y , MA J , TAN L Y . Analysis on the development trend of free space laser communication technology[J]. Optical Communication Technology, 2004,(12): 47-50.
[6]	RULKOV N F , VORONTSOV M A , ILLING L . Chaotic freespace laser communication over a turbulent channel[J]. Physical Review Letters, 2002,89(27): 277905.
[7]	YANG F , CHENG J , TSIFTSIS T A . Free-space optical communication with nonzero boresight pointing errors[J]. IEEE Transactions on Communications, 2014,62(2): 713-725.
[8]	RODRIGUEZ-GOMEZ A , DIOS F , RUBIO J A ,et al. Temporal statistics of the beam-wander contribution to scintillation in ground-to-satellite optical links:An analytical approach[J]. Applied Optics, 2005,44(21): 4574-4581.
[9]	SMILI M , PERI Z , MILI D ,et al. Influence of zero and nonzero boresight pointing errors on bit-error rate free-space optic transmission over Málaga atmospheric channel[J]. Optica Applicata, 2018,48(2): 179-189.
[10]	SONG T Y , WANG Q , WU M W ,et al. Impact of pointing errors on the error performance of intersatellite laser communications[J]. Journal of Lightwave Technology, 2017,35(14): 3082-3091.
[11]	HUANG Y P , ZENG A P , GAO Z H ,et al. Beam wander of partially coherent array beams through non-Kolmogorov turbulence[J]. Optics Letters, 2015,40(8): 1619-1622.
[12]	MUKHERJEE A , KAR S , JAIN V K . Analysis of beam wander effect in high turbulence for FSO communication link[J]. IET Communications, 2018,12(20): 2533-2537.
[13]	GASTAUD GALLAGHER N H R . Multi-gigahertz encrypted communication using electro-optical chaos cryptography[D]. Georgia Institute of Technology, 2007.
[14]	LI M , HONG Y F , WANG S ,et al. Radiation-induced mismatch effect on performances of space chaos laser communication systems[J]. Optics Letters, 2018,43(20): 5134-5137.
[15]	ANDREWS L C , PHILLIPS R L . Laser beam propagation through random media[M]. SPIE, 2005.
[16]	LI M , HONG Y F , SONG Y J ,et al. Effect of controllable parameter synchronization on the ensemble average bit error rate of space-to-ground downlink chaos laser communication system[J]. Optics Express, 2018,26(3): 2954-2964.
[17]	SANDALIDIS H G , TSIFTSIS T A , KARAGIANNIDIS G K . Optical wireless communications with heterodyne detection over turbulence channels with pointing errors[J]. Journal of Lightwave Technology, 2009,27(20): 4440-4445.
[18]	DIOS F , RUBIO J A , RODRíGUEZ A ,et al. Scintillation and beam-wander analysis in an optical ground station-satellite uplink[J]. Applied Optics, 2004,43(19): 3866-3873.
[19]	LI M , HONG Y F , ZENG C ,et al. Investigation on the UAVto-satellite optical communication systems[J]. IEEE Journal on Selected Areas in Communications, 2018,36(9): 2128-2138.
[20]	KOUOMOU Y C , COLET P , LARGER L ,et al. Mismatch-induced bit error rate in optical chaos communications using semiconductor lasers with electrooptical feedback[J]. IEEE Journal of Quantum Electronics, 2005,41(2): 156-163.

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[4]	曹进, 陈李兰, 马如慧, 李晖, 李凤华. 面向多类型终端的天地一体化信息网络接入与切换认证机制研究[J]. 天地一体化信息网络, 2021, 2(3): 2-14.
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[7]	亓玉璐, 江荣, 荣星, 李爱平. 基于网络安全知识图谱的天地一体化信息网络攻击研判框架[J]. 天地一体化信息网络, 2021, 2(3): 57-65.
[8]	薛青松, 王晓锋. 基于模板解析的天地一体化信息网络用户行为流量回放技术[J]. 天地一体化信息网络, 2021, 2(3): 66-75.
[9]	陈雅正, 李贺武. 天地一体化信息网络中无状态地址自动配置与重复地址检测机制研究[J]. 天地一体化信息网络, 2021, 2(2): 28-34.
[10]	赵尚弘, 彭聪, 李勇军, 李海. 天地一体化信息网络光电混合交换技术研究[J]. 天地一体化信息网络, 2021, 2(2): 46-52.
[11]	王开锋, 开祥宝, 李明, 高媛, 刘运, 柴金川. 天地一体化信息网络在铁路领域的应用展望[J]. 天地一体化信息网络, 2021, 2(1): 93-98.
[12]	章小宁, 朱立东. 通信与安全一体化的天地异构融合网络体系架构[J]. 天地一体化信息网络, 2020, 1(2): 11-16.
[13]	张更新, 丁晓进, 曲至诚. 天地一体化物联网体系架构及干扰分析研究[J]. 天地一体化信息网络, 2020, 1(2): 22-33.
[14]	刁文澜, 安建平, 张宇, 胡晗. 天地一体化信息网络中多寻址协同与切换技术[J]. 天地一体化信息网络, 2020, 1(2): 42-47.
[15]	曹洋, 朱玉峰, 吕俊锋, 江涛, 高鹏, 张冬晨. 面向天地一体化内容分发业务的网内缓存机制研究[J]. 天地一体化信息网络, 2020, 1(2): 48-56.