Assessment of adaptive optics-corrected optical links statistics from integrated turbulence parameters through a Gaussian process metamodel - HAL Accéder directement au contenu
Article dans une revue International Journal of Satellite Communications and Networking Année : 2024

Assessment of adaptive optics-corrected optical links statistics from integrated turbulence parameters through a Gaussian process metamodel

Évaluation des statistiques de disponibilité des liaisons optiques corrigées par optique adaptative à partir de paramètres intégrés de turbulence au moyen d'un métamodèle de type processus gaussien

Résumé

With the development of free space optical links (FSO) for space-ground communications comes the need to mitigate the effects of the atmospheric turbulence to guarantee a lossless connection. By having a network of addressable ground stations, we want to guarantee to always target a point where the link is available. Assuming atmospheric transmission is managed thanks to site diversity, we focus only on the influence of atmospheric turbulence on the signal injected into a single mode fiber on the downlink. The use of adaptive optics (AO) is assumed to avoid turbulence-induced signal disruptions and enable a sufficiently high level of received signal for data transmission. Up to now, AO performance adequate assessment required the knowledge of high-resolution Cn2 and wind profiles. With the advent of integrated atmospheric parameters measurement instruments, we investigate here the possibility to estimate AO-corrected performance from a limited number of integrated parameters. In this paper, we propose to use a Gaussian process metamodel to assess the statistics of the received optical power after an AO correction. Taking as input only four integrated parameters of the turbulence profile and associated wind profile, which can be measured with simple instruments, the estimation error on the value of the 1% quantile of the received optical power is inferior to 0.7 dB. We also demonstrate the possibility to estimate the half correlation time of the received optical power using the same integrated parameters.
Le développement des liaisons optiques en espace libre (FSO) pour les communications espace-sol s'accompagne de la nécessité d'atténuer les effets de la turbulence atmosphérique afin de garantir une connexion sans perte. En disposant d'un réseau de stations terrestres adressables, nous voulons garantir de toujours cibler un point où la liaison est disponible. En supposant que la transmission atmosphérique est gérée grâce à la diversité des sites, nous nous concentrons uniquement sur l'influence de la turbulence atmosphérique sur le signal injecté dans une fibre monomode sur la liaison descendante. L'utilisation de l'optique adaptative (OA) est supposée éviter les perturbations du signal induites par les turbulences et permettre un niveau de signal reçu suffisamment élevé pour la transmission de données. Jusqu'à présent, l'évaluation des performances de l'OA nécessitait la connaissance des profils de Cn2 et de vent à haute résolution. Avec l'avènement d'instruments de mesure des paramètres atmosphériques intégrés, nous étudions ici la possibilité d'estimer la performance corrigée de l'OA à partir d'un nombre limité de paramètres intégrés. Dans cet article, nous proposons d'utiliser un métamodèle de type processus gaussien pour évaluer les statistiques de la puissance optique reçue après une correction d'OA. En prenant seulement quatre paramètres intégrés du profil de turbulence et du profil de vent associé, qui peuvent être mesurés avec des instruments simples, l'erreur d'estimation sur la valeur du quantile de 1 % de la puissance optique reçue est inférieure à 0,7 dB. Nous démontrons également la possibilité d'estimer le temps de demi-corrélation de la puissance optique reçue en utilisant les mêmes paramètres intégrés.
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hal-03805612, version 2 (21-09-2023)

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Citer

Emile Klotz, Sidonie Lefebvre, Nicolas Vedrenne, Christian Musso, Sylvain Poulenard, et al.. Assessment of adaptive optics-corrected optical links statistics from integrated turbulence parameters through a Gaussian process metamodel. International Journal of Satellite Communications and Networking, 2024, 42 (1), pp.38-56. ⟨10.1002/sat.1497⟩. ⟨hal-03805612v2⟩
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Dernière date de mise à jour le 26/06/2024
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