A Kalman filter based synchronization scheme for telescope array receivers in deep-space optical communication links

Ali Javed Hashmi; Ali Eftekhar; Ali Adibi; Farid Amoozegar

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A Kalman filter based synchronization scheme for telescope array receivers in deep-space optical communication links

机译：深空光通信链路中望远镜阵列接收机的基于卡尔曼滤波器的同步方案

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In this paper, the impact of random synchronization errors on the performance of ground-based telescope array receivers for an inter-planetary optical deep-space communication (ODSC) link is investigated. An adaptive method based on Kalman filters is developed for the synchronization and combination of different telescope signals in the array. An end-to-end simulation platform for ODSC link between Earth and planet Mars is implemented that incorporates pulse-position modulation (PPM), direct-detection array receivers, and photon-counting detectors. The effects of atmospheric turbulence and background noise are also modeled. The performance of array receivers is evaluated in terms of probability of symbol error and achievable data rates. The simulation results show that the Kalman filter-based synchronization scheme keeps the synchronization induced power losses to less than 1 dB. The analysis also shows that in the worst-case operational scenario and presence of random synchronization errors, an array consisting of hundred, 1 m telescopes performs almost similar to a single 10 m telescope. Hence, the degradation in the combined signal due to synchronization errors places a minor limitation on the number of telescopes in a telescope array receiver consisting of up to 100 telescope elements.

机译：在本文中，研究了行星际光学深空通信（ODSC）链路中随机同步误差对地面望远镜阵列接收机性能的影响。开发了一种基于卡尔曼滤波器的自适应方法，用于阵列中不同望远镜信号的同步和组合。实现了用于地球与火星之间ODSC链接的端到端仿真平台，该平台集成了脉冲位置调制（PPM），直接检测阵列接收器和光子计数检测器。还模拟了大气湍流和背景噪声的影响。阵列接收器的性能根据符号错误的概率和可达到的数据速率进行评估。仿真结果表明，基于卡尔曼滤波器的同步方案使同步引起的功率损耗保持在1 dB以下。分析还表明，在最坏的情况下，如果存在随机同步误差，则由数百个1 m望远镜组成的阵列几乎与单个10 m望远镜相似。因此，由于同步误差引起的组合信号的劣化对由多达100个望远镜元件组成的望远镜阵列接收器中的望远镜数量施加了较小的限制。

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来源
《Optics Communications: A Journal Devoted to the Rapid Publication of Short Contributions in the Field of Optics and Interaction of Light with Matter》 |2012年第24期|共7页
作者
Ali Javed Hashmi; Ali Eftekhar; Ali Adibi; Farid Amoozegar;
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收录信息
原文格式 PDF
正文语种 eng
中图分类
关键词
Deep-space optical communication; Kalman filter; Telescope array receiver; Clock synchronization;

机译：深空光通信;卡尔曼滤波器;望远镜阵列接收器;时钟同步;

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