Forecasting of turbulence impact on optical link from geostationary satellite
Prévision de l'impact des turbulences sur la liaison optique d'un satellite géostationnaire
Résumé
With the development of optical links 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. For this to work, we need to be able to predict the forthcoming link availability for each station while keeping costs low. We have developed a method that allows, in the geostationary case, to obtain the power margin on the link without exhaustive knowledge of the turbulence state. In this work, we show that the sole knowledge of 4 integrated parameters of the turbulence profile (Cn²) and associated wind profile, which can be measured with low-complexity instruments, provides us with enough information to entirely describe the statistics of the received optical power after an adaptive optics correction. We further develop the method to take into account digital mitigation techniques (interleaving and numerical error correction) and obtain the link power margin with a maximum error compatible with current assumptions made in commonly used link budgets.
Le développement de liens optiques pour les communications satellite-sol s'accompagne de la nécessité de comprendre et de corriger les effets de la turbulence atmosphérique pour garantir une connexion sans perte. En disposant d'un réseau de stations-sol adressables, nous voulons garantir de toujours cibler un point où la liaison est disponible. Pour que cela fonctionne, nous devons être en mesure de prédire la disponibilité prochaine du lien optique pour chaque station, tout en maintenant les coûts à un niveau bas. Nous avons développé une méthode qui permet, dans le cas géostationnaire, d'obtenir la marge de puissance sur la liaison sans connaissance exhaustive de l'état de turbulence. Dans ce travail, nous montrons que la seule connaissance de 4 paramètres intégrés du profil de turbulence (Cn²) et du profil de vent associé, qui peuvent être mesurés avec des instruments peu complexes, nous fournit suffisamment d'informations pour décrire entièrement les statistiques de la puissance optique reçue après une correction par optique adaptative. Nous développons la méthode pour prendre en compte les techniques d'atténuation numérique (entrelacement et codes correcteurs d'erreur) et obtenir la marge de puissance de la liaison avec une erreur maximale compatible avec les hypothèses actuelles faites dans les bilans de liaison couramment utilisés.
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