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相对于微波通信，激光通信具有数据率高、容量大、终端体积小、重量轻、功耗低、抗电磁干扰和保密性好等优点，因而星地激光通信是今后星地间大容量保密通信最具竞争力的可选方案之一。由于大气因素，尤其是大气湍流，造成了光束漂移、扩展和闪烁等现象，严重破坏了光束传输质量，降低通信系统的可靠性。为此，诸如孔径平滑、多孔径发射、自适应光学、波长分集技术等方案被应用于降低湍流的影响，但这些方案在系统复杂性、成本等方面存在一些问题。因此，可靠性高、成本低的方案成为迫切需求。
光在大气传输时，偏振态是最稳定的特性之一。利用这个特性，国内外学者以偏振态作为调制参数，进行了基于偏振移位键控调制的近地面自由空间光通信研究。本文以星地激光通信为背景，提出一种圆偏振移位键控(CirclePolarizationShifiKeying，CPo1SK)调制方案，并通过仿真手段分析星地激光通信CPo1SK调制的误码率优势。本文主要工作如下：
首先，以圆偏振基模高斯光为通信光束模型，分析它在湍流大气传输时的偏振态退偏特性。在理论分析偏振态退偏时，结合Maxwell波动方程和vonKarman大气折射率起伏功率谱密度函数，推导了偏振度的退偏均值计算公式，并分析了偏振角的退偏情况。最后，数值模拟了具体链路条件下偏振度的退偏均值与湍流因素的关系。
其次，在偏振态退偏和线偏振移位键控调制技术的基础上，提出一种CPo1SK调制方案。该调制是一种数字二进制调制，在发射端分别将信息“0”和“1”调制到左、右旋圆偏振光上，在接收端检测圆偏振光的斯托克斯矢量的参量S3，从而解调出所传输的信息。误码率作为通信系统最重要的指标之一，文中结合实际星地激光通信必须考虑的各种损耗和湍流效应，推导了上、下行链路的误码率计算公式。
最后，设计了基于VisualStdio2005平台的CPo1SK调制误码率仿真系统。结合具体的链路条件，仿真分析了近地面折射率结构常数、地面风速、通信天顶角、湍流内尺度、外尺度五个大气湍流因素影响下CPo1SK调制的误码率性能。实验数据表明：相对于开关键控(On-OffKeying，OOK)调制，CPo1SK调制具有低误码率优势，为CPo1SK调制的实际应用提供了指导意见。