CN105530044B - 一种星地链路激光湍流传输模拟与通信性能检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种星地链路激光湍流传输模拟与通信性能检测装置，包括：激光通信光源，第一光纤准直器，起偏器，第一、二、三分束器，第一、二、三液晶相控阵器件，长焦透镜系统，第一、二、三、四小孔光阑，第一透镜放大器，多透镜放大系统，第四分束器，空间光探测模块，第二光纤准直器，通信接收模块，误码率测试仪；本发明利用多个液晶光学相控阵器件生成不同模型的湍流畸变相位屏，能真实再现地球大气层的三层湍流模型；利用长焦距透镜系统和多个透镜串联放大的方式实现光场的近远场转换，以及实现不同高度的边界层、自由对流层变化，能适应不同特性的星地激光链路情况。

Description

一种星地链路激光湍流传输模拟与通信性能检测装置

技术领域

本发明涉及自由空间激光通信领域，是一种星地链路激光湍流传输模拟与通信性能检测装置，可用于模拟激光光束在复杂湍流信道中经远距离传输后的光场变化情况，并可检测在湍流信道下的通信误码性能，评估大气湍流对自由空间激光通信性能的影响。

背景技术

随着信息获取数据量的剧增及传输实时性需求的增强，信息传输系统的数据率已超过Gbps。激光通信方式能提供更大的通信容量、更小的功耗和载荷、更强的保密性能，因此，全球化的全光通信网络已经成为一个热门研究领域，其中星载平台必将成为一个非常重要的通信节点。而受星地链路地球大气层影响，大气湍流会使激光光束在接收时出现波前畸变、光斑抖动等现象，导致通信系统接收光强的起伏不定，使通信误码率降低，严重时甚至无法探测到信号。为此，围绕激光通信需求开展湍流大气中光束传播特性的模拟研究，是改善通信性能的重要一环。

但是，湍流模拟研究的外场实验具有成本高、可重复性低等特点，特别是星地链路数百公里的距离，外场实验显然无法满足条件，而且也不可能在空间轨道上直接开展相关研究，所以十分有必要在实验室内构建一套模拟系统，真实再现大气湍流和激光传输状态，并在此基础上进行星地链路激光通信性能的检测和验证。

现阶段，室内的湍流模拟研究更多的基于单一的湍流模型，如Kolmogorov模型或者Non-Kolmogorov模型。但是，在星地激光链路中，激光光束需要横穿整个地球大气层。而在不同海拔高度上，地表大气吸收太阳辐射的程度有所不同，使得大气湍流在不同高度上具有不同的模型，已有大量实验证实了这一现象。星地链路的大气湍流场通常可分为三层：边界层(1～2km)属于Kolmogorov模型，功率谱幂律为11/3；自由对流层(8～10km)属于Non-kolmogorov模型，功率谱幂律为10/3；平流层(20km以上)也属于Non-kolmogorov模型，但功率谱幂律为5。实际上，功率谱幂律α也不是一个定值，而是一个与海拔高度h相关的变量，其计算式为：

式中，α₁＝11/3、α₂＝10/3、α₃＝5。H₁和H₂为边界层、自由对流层的高度，典型值分别为2km、9km，但是，此高度会随大气具体状态而有所变化。Yang R.等人通过仿真发现，当功率谱幂律不同时，接收光强的闪烁系数不一样，随着幂律的增大而减小，误码率也随之降低。Yi X.等人通过计算给出，单一的Kolmogorov湍流模型和三层湍流模型对激光通信的接收闪烁系数及误码率的影响也存在较大区别。所以说，不同的湍流模型对接收光强起伏和通信误码性能指标的影响不同，单一的湍流模型是无法真实反映星地链路大气信道对激光光束的影响。除此之外，室内的激光传输模拟平台最多几十米，而真实的大气链路短则几十公里，长则上百公里。因此，室内的模拟光场无法真实反映激光光束的远场分布，还需要在模拟平台上完成光场从近场到远场的转换。

为了能更便捷地开展星地链路湍流大气对激光通信的影响研究，必须要完整而准确地模拟整个激光传输过程和湍流环境，并能对相关指标进行检测和评估。因此，具有此种特性的模拟检测装置对激光通信终端的研制具有较大的应用价值。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种星地链路激光湍流传输模拟与通信性能检测装置。该装置基于液晶相控阵器件(SLM)和多个长焦透镜的组合，能解决在实验室有限的条件下，模拟激光光束经多模型湍流传输后的远场光斑分布及接收光强变化，并能实现对激光通信误码性能的检测和验证。

本发明所采用的技术方案如下：

一种星地链路激光湍流传输模拟与通信性能检测装置，其特征在于，在光束传输方向上依次包括：

激光通信光源：发射激光光束；

第一相控阵组件：用来模拟一次模型的湍流，利用计算机生成的湍流相位屏的灰度图像驱动液晶分子旋转，从而实现对入射激光波前的二维相位调制，包括沿光路依次设置的第一光纤准直器，起偏器，第一分束器，第一液晶相控阵器件；

第一光束转换系统：接收第一相控阵组件的畸变激光光场，并将近场光束转换为远场光束，包括沿光路依次设置的长焦透镜系统，第一小孔光阑，第一小孔光阑位于长焦透镜系统焦平面处；

第二相控阵组件：用来模拟二次模型的湍流，利用计算机生成的湍流相位屏的灰度图像驱动液晶分子旋转，包括沿光路依次设置的第二分束器，第二液晶相控阵器件；

第二光束转换系统：接收第二相控阵组件的畸变激光光场，放大装置的等效焦距，增大第二相控阵组件的远场光束的等效传输距离，包括沿光路依次设置的第一透镜放大器，第二小孔光阑，第二小孔光阑位于第一透镜放大器的像平面处；

第三相控阵组件：用来模拟三次模型的湍流，利用计算机生成的湍流相位屏的灰度图像驱动液晶分子旋转，包括沿光路依次设置的第三分束器，第三液晶相控阵器件；

多透镜放大系统：接收第三相控阵组件的畸变激光光场，进一步放大装置的等效焦距，进一步增大第三相控阵组件的远场光束的等效传输距离；

分光探测组件：接收多透镜放大系统的激光光束，改变其光路后分别发送至空间光探测模块和通信接收模块；包括沿光路依次设置的第四分束器和第三小孔光阑、第四小孔光阑；一部分光束经第四分束器后通过第三小孔光阑发射至空间光探测模块上，另一部分光束经第四分束器改变光路后经第四小孔光阑和第二光纤准直器后发射至通信接收模块上；第三小孔光阑和第四小孔光阑均位于多透镜放大系统的像平面处；

误码率测试仪：产生伪随机二维码电信号驱动激光通信光源，用以模拟星地激光通信光信号；调制后的远场激光光束经湍流传输，由通信接收模块转换成电信号；误码率测试仪将接收到的电信号和生成的伪随机二维码信号进行对比分析即可得到通信误码率；所述的激光通信光源和通信接收模块为激光通信收发模块，可实现电光信号的相互转换；所述误码率测试仪和激光通信光源以及通信接收模块之间通过电缆连接，所述第一光纤准直器和激光通信光源通过光纤连接；第二光纤准直器和通信接收模块通过光纤连接。

在上述的一种星地链路激光湍流传输模拟与通信性能检测装置，所述的起偏器为偏振棱镜，其透光轴与液晶分子长轴方向保持一致，以达到液晶相控阵器件对入射光束的纯相位调制的目的。

在上述的一种星地链路激光湍流传输模拟与通信性能检测装置，所述的第一分束器，第二分束器，第三分束器均为半透半反分光棱镜，用于改变光束传播方向。

在上述的一种星地链路激光湍流传输模拟与通信性能检测装置，所述的第一液晶相控阵器件，第二液晶相控阵器件，第三液晶相控阵器件由液晶屏和驱动器构成；分别用来模拟不同模型的湍流。

在上述的一种星地链路激光湍流传输模拟与通信性能检测装置，所述的长焦透镜系统为长焦距平行光管。

在上述的一种星地链路激光湍流传输模拟与通信性能检测装置，所述的多透镜放大系统由M个透镜放大器构成，其中M≥1；根据不同放大需求，可用不同的放大透镜串联组合实现，系统的总放大倍数为多个透镜放大倍数之乘积。

在上述的一种星地链路激光湍流传输模拟与通信性能检测装置，所述的空间光探测模块由空间光探测器，数据采集卡，计算机和相应的光功率检测分析软件构成；将实时接收到的光强信息转变为电信号，并通过数据采集卡导入计算机，由光功率检测分析软件对数据进行记录存储，分析得到光强闪烁指数。

一种星地链路激光湍流传输模拟与通信性能检测方法，其特征在于，包括：

步骤1、计算机根据星地链路的大气湍流模型分布变化(如图2所示)，生成三种不同的湍流畸变相位屏，通过驱动器分别加载到三个液晶相控阵器件上，实现对入射激光光束的湍流畸变相位控制；

若星地上行链路，海拔高度从低到高将依次分别为第一液晶相控阵器件模拟大气边界层湍流段(1～2km)，第二液晶相控阵器件模拟大气自由对流层层湍流段(8～10km)，第三液晶相控阵器件模拟大气平流层湍流段(20km以上)；

步骤2、根据光学透镜系统傅里叶变换原理和实际的星地激光通信链路情况，将激光链路等比例缩小，利用公式Φ＝Φ_rL/f，可分别设置相应的长焦透镜系统焦距、第一透镜放大器和多透镜放大系统的放大倍数，

其中Φ为小孔光阑直径，f为系统等效焦距，L为激光链路距离，Φ_r为实际系统接收口径；

若假设星地上行链路中边界层湍流段链路长度L₁为2km，自由对流层湍流段链路长度L₂为10km，整个星地上行链路长度L₃为400km，通信系统接收口径为Φ_r为250mm，小孔光阑直径均为1mm，则长焦距透镜系统的焦距应为8m，第一透镜的放大倍数应为5，多透镜放大系统的放大倍数应为40；

步骤3、调整所有光学元器件，保持其光轴和入射激光光束同轴；

步骤4、设置激光通信光源通信速率，误码测试仪也应选取同样速率，如155Mbps、625Mbps、1.25Gbps、2.5Gbps，或更高；根据不同的通信速率要求需设置不同长度的伪随机二维码序列，通常情况下，速率越高伪随机码序列的长度应越长；误码测试仪接收到受湍流扰动的电信号后，即可分析得到通信误码率，保持湍流状态不变，多次重复测量通信误码率，取平均值；

步骤5、空间光探测模块将实时接收到的光强信息转变为电信号，并通过相应软件分析计算出光强闪烁指数，保持湍流状态不变，多次重复测量光强闪烁指数，取平均值。

误码率指标和光强闪烁系数可以用来评估大气湍流对自由空间激光通信性能的影响情况。

下面对部分步骤进行详细阐述：

(1)生成湍流畸变相位屏。大气湍流中的波前相位可表示为对一个复高斯随机数矩阵用大气湍流的功率谱进行滤波，再通过逆傅里叶变换得到大气扰动相位。根据这一原理，通过对大气湍流的功率谱反演(即FFT方法)，可以模拟任意湍流下的波前相位分布。针对FFT方法低频成分不足的缺点，利用次谐波叠加方法进行低频补偿后，可以得到较为真实的大气湍流相位屏。

(2)设置长焦透镜系统的焦距、第一透镜放大器和多透镜放大系统的放大倍数。从第一液晶相控阵器件反射出来的受边界层湍流影响的畸变激光光场，需要通过长焦透镜系统完成从近场到远场的转换，根据光学透镜系统的傅里叶变换原理，大气边界层湍流段模拟的等效焦距为长焦透镜系统焦距f₁。若接收口径为Φ_r为250mm，将激光链路等比例缩小，则第一小孔光阑处的直径应Φ₁满足：Φ₁＝Φ_rL₁/f₁，L₁为激光链路实际距离。因此，若第一小孔光阑的直径为1mm时，则长焦距透镜系统的焦距应设置为8m。

从第二液晶相控阵器件反射出来的受自由对流层湍流影响的畸变激光光场，经第一透镜放大器将等效传输距离放大。根据光学透镜系统的傅里叶变换原理，大气自由对流层湍流段模拟的等效焦距为f₂＝f₁N₁，N₁为透镜放大倍数。若接收口径仍为Φ_r，将激光链路等比例缩小，则第二小孔光阑处的直径应Φ₂满足：Φ₂＝Φ_rL₂/f₂，L₂为激光链路实际距离。因此，若第二小孔光阑的直径为1mm时，则第一透镜的放大倍数应为5。长焦系统的焦平面应与第一透镜的物平面重合，第一透镜的象平面则应与多透镜放大系统的物平面重合，根据透镜的物象成像公式，可选择合适的焦距透镜，并进一步确定透镜的物距和象距。

从第三液晶相控阵器件反射出来的受平流层湍流影响的畸变激光光场，通过多透镜放大系统将等效传输距离进一步放大。根据光学透镜系统的傅里叶变换原理，大气平流层湍流段模拟的等效焦距为f₃＝f₂N₂，N₂为多透镜放大系统放大倍数。若接收口径仍为Φ_r，将激光链路等比例缩小，则第三小孔光阑处的直径应Φ₃满足：Φ₃＝Φ_rL₃/f₃，L₃为整个激光链路实际距离。因此，若第三小孔光阑的直径为1mm，则多透镜放大系统的放大倍数应为40，第一透镜的象平面则应与多透镜放大系统的物平面重合，多透镜放大系统的象平面在第三小孔光阑、第四小孔光阑处。透镜放大系统可用两个透镜串联组合而成(如图3所示)，两个透镜的放大倍数可分别设置为5倍和8倍。透镜焦距可根据成像公式进行选取，并进一步确定透镜各自相应的物距和象距。

本发明具有以下优点：利用多个液晶光学相控阵器件生成不同模型的湍流畸变相位屏，能真实再现地球大气层的三层湍流模型；利用长焦距透镜系统和多个透镜串联放大的方式实现光场的近远场转换，并且通过调节长焦系统透镜焦距和放大透镜放大倍数可以实现不同高度的边界层、自由对流层变化，能适应不同特性的星地激光链路情况。在此基础上，本发明还能对星地链路激光光束传输质量和误码率性能进行检测和评估，以此指导激光通信终端的研制和优化。

附图说明

图1为本发明的星地链路激光湍流传输模拟与通信性能检测装置结构框图。

图2为大气湍流功率谱幂律随海拔高度的变化曲线。

图3为多透镜放大系统结构示意图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

一、如图1所示，本发明在光束传输方向上依次包括：

一种星地链路激光湍流传输模拟与通信性能检测装置，其特征在于，在光束传输方向上依次包括：

激光通信光源：发射激光光束；

第一相控阵组件：用来模拟一次模型的湍流，利用计算机生成的湍流相位屏的灰度图像驱动液晶分子旋转，从而实现对入射激光波前的二维相位调制，包括沿光路依次设置的第一光纤准直器，起偏器，第一分束器，第一液晶相控阵器件；

第一光束转换系统：接收第一相控阵组件的畸变激光光场，并将近场光束转换为远场光束，包括沿光路依次设置的长焦透镜系统，第一小孔光阑，第一小孔光阑位于长焦透镜系统焦平面处；长焦透镜系统为长焦距平行光管；

第二相控阵组件：用来模拟二次模型的湍流，利用计算机生成的湍流相位屏的灰度图像驱动液晶分子旋转，包括沿光路依次设置的第二分束器，第二液晶相控阵器件；

第二光束转换系统：接收第二相控阵组件的畸变激光光场，放大装置的等效焦距，增大第二相控阵组件的远场光束的等效传输距离，包括沿光路依次设置的第一透镜放大器，第二小孔光阑，第二小孔光阑位于第一透镜放大器的像平面处；

第三相控阵组件：用来模拟三次模型的湍流，利用计算机生成的湍流相位屏的灰度图像驱动液晶分子旋转，包括沿光路依次设置的第三分束器，第三液晶相控阵器件；

多透镜放大系统：接收第三相控阵组件的畸变激光光场，进一步放大装置的等效焦距，进一步增大第三相控阵组件的远场光束的等效传输距离；

分光探测组件：接收多透镜放大系统的激光光束，改变其光路后分别发送至空间光探测模块和通信接收模块；包括沿光路依次设置的第四分束器和第三小孔光阑、第四小孔光阑；一部分光束经第四分束器后通过第三小孔光阑发射至空间光探测模块上，另一部分光束经第四分束器改变光路后经第四小孔光阑和第二光纤准直器后发射至通信接收模块上；第三小孔光阑和第四小孔光阑均位于多透镜放大系统的像平面处；

误码率测试仪：产生伪随机二维码电信号驱动激光通信光源，用以模拟星地激光通信光信号；调制后的远场激光光束经湍流传输，由通信接收模块转换成电信号；误码率测试仪将接收到的电信号和生成的伪随机二维码信号进行对比分析即可得到通信误码率；所述的激光通信光源和通信接收模块为激光通信收发模块，可实现电光信号的相互转换；所述误码率测试仪和激光通信光源以及通信接收模块之间通过电缆连接，所述第一光纤准直器和激光通信光源通过光纤连接；第二光纤准直器和通信接收模块通过光纤连接。

起偏器为偏振棱镜，其透光轴与液晶分子长轴方向保持一致，以达到液晶相控阵器件对入射光束的纯相位调制的目的。

其中，第一分束器，第二分束器，第三分束器均为半透半反分光棱镜，用于改变光束传播方向。第一液晶相控阵器件，第二液晶相控阵器件，第三液晶相控阵器件由液晶屏和驱动器构成；分别用来模拟不同模型的湍流。

多透镜放大系统由M个透镜放大器构成，其中M≥1。根据不同放大需求，可用不同的放大透镜串联组合实现，系统的总放大倍数为多个透镜放大倍数之乘积。空间光探测模块由空间光探测器，数据采集卡，计算机和相应的光功率检测分析软件构成；将实时接收到的光强信息转变为电信号，并通过数据采集卡导入计算机，由光功率检测分析软件对数据进行记录存储，分析得到光强闪烁指数。

二、下面以星地激光通信上行链路为例，详细介绍采用上述装置的操作步骤。

一种星地链路激光湍流传输模拟与通信性能检测装置，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、计算机根据上行链路的大气湍流模型分布变化(如图2所示)，生成三种不同的湍流畸变相位屏，通过驱动器分别加载到三个液晶相控阵器件上，实现对入射激光光束的湍流畸变相位控制；海拔高度从低到高将依次分别为第一液晶相控阵器件模拟大气边界层湍流段(1～2km)，第二液晶相控阵器件模拟大气自由对流层层湍流段(8～10km)，第三液晶相控阵器件模拟大气平流层湍流段(20km以上)；

步骤2、根据光学透镜系统傅里叶变换原理和实际的星地激光通信链路情况，将激光链路等比例缩小，利用公式Φ＝Φ_rL/f，可分别设置相应的长焦透镜系统焦距、第一透镜放大器和多透镜放大系统的放大倍数，

其中Φ为小孔光阑直径，f为系统等效焦距，L为激光链路距离，Φ_r为实际系统接收口径；

假设边界层湍流段链路长度L₁为2km，自由对流层湍流段链路长度L₂为10km，整个星地上行链路长度L₃为400km，通信系统接收口径为Φ_r为250mm，地面站光学天线输出信号光发射角为100urad，小孔光阑直径均为1mm，则长焦距透镜系统的焦距应为8m，第一透镜的放大倍数应为5，多透镜放大系统的放大倍数应为40。

步骤3、调整所有光学元器件，保持其光轴和入射激光光束同轴；

步骤4、设置激光通信光源通信速率，误码测试仪也应选取同样速率，如155Mbps、625Mbps、1.25Gbps、2.5Gbps，或更高。根据不同的通信速率要求需设置不同长度的伪随机二维码序列，通常情况下，速率越高伪随机码序列的长度应越长。误码测试仪接收到受湍流扰动的电信号后，即可分析得到通信误码率，保持湍流状态不变，多次重复测量通信误码率，取平均值；

步骤5、空间光探测模块将实时接收到的光强信息转变为电信号，并通过相应软件分析计算出光强闪烁指数，保持湍流状态不变，多次重复测量光强闪烁指数，取平均值。

误码率指标和光强闪烁系数可以用来评估大气湍流对自由空间激光通信性能的影响情况。

需要说明的是，在实际情况中，大气湍流的分层高度会根据不同的大气状态有所变化，因此长焦透镜系统焦距f₁，第一透镜放大器放大倍数N₁，多透镜放大系统放大倍数N₂可根据实际情况进行调整。同样，若做星地下行链路的模拟研究，则可根据激光光束实际的传输情况，对加载到液晶相控阵器件的湍流畸变相位屏、长焦透镜系统焦距、第一透镜放大器、多透镜放大系统进行重新组合调整，以符合实际的分层链路情况。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (8)

1.一种星地链路激光湍流传输模拟与通信性能检测装置，其特征在于，在光束传输方向上依次包括：

激光通信光源：发射激光光束；

第一相控阵组件：用来模拟一次模型的湍流，利用计算机生成的湍流相位屏的灰度图像驱动液晶分子旋转，从而实现对入射激光波前的二维相位调制，包括沿光路依次设置的第一光纤准直器，起偏器，第一分束器，第一液晶相控阵器件；

第一光束转换系统：接收第一相控阵组件的畸变激光光场，并将近场光束转换为远场光束，包括沿光路依次设置的长焦透镜系统，第一小孔光阑，第一小孔光阑位于长焦透镜系统焦平面处；

第二相控阵组件：用来模拟二次模型的湍流，利用计算机生成的湍流相位屏的灰度图像驱动液晶分子旋转，包括沿光路依次设置的第二分束器，第二液晶相控阵器件；

第二光束转换系统：接收第二相控阵组件的畸变激光光场，放大装置的等效焦距，增大第二相控阵组件的远场光束的等效传输距离，包括沿光路依次设置的第一透镜放大器，第二小孔光阑，第二小孔光阑位于第一透镜放大器的像平面处；

第三相控阵组件：用来模拟三次模型的湍流，利用计算机生成的湍流相位屏的灰度图像驱动液晶分子旋转，包括沿光路依次设置的第三分束器，第三液晶相控阵器件；

多透镜放大系统：接收第三相控阵组件的畸变激光光场，进一步放大装置的等效焦距，进一步增大第三相控阵组件的远场光束的等效传输距离；

分光探测组件：接收多透镜放大系统的激光光束，改变其光路后分别发送至空间光探测模块和通信接收模块；包括沿光路依次设置的第四分束器和第三小孔光阑、第四小孔光阑；一部分光束经第四分束器后通过第三小孔光阑发射至空间光探测模块上，另一部分光束经第四分束器改变光路后经第四小孔光阑和第二光纤准直器后发射至通信接收模块上；第三小孔光阑和第四小孔光阑均位于多透镜放大系统的像平面处；

误码率测试仪：产生伪随机二维码电信号驱动激光通信光源，用以模拟星地激光通信光信号；调制后的远场激光光束经湍流传输，由通信接收模块转换成电信号；误码率测试仪将接收到的电信号和生成的伪随机二维码信号进行对比分析即可得到通信误码率；所述的激光通信光源和通信接收模块为激光通信收发模块，可实现电光信号的相互转换；所述误码率测试仪和激光通信光源以及通信接收模块之间通过电缆连接，所述第一光纤准直器和激光通信光源通过光纤连接；第二光纤准直器和通信接收模块通过光纤连接。

2.根据权利要求1所述的一种星地链路激光湍流传输模拟与通信性能检测装置，其特征在于，所述的起偏器为偏振棱镜，其透光轴与液晶分子长轴方向保持一致，以达到液晶相控阵器件对入射光束的纯相位调制的目的。

3.根据权利要求1所述的一种星地链路激光湍流传输模拟与通信性能检测装置，其特征在于，所述的第一分束器，第二分束器，第三分束器均为半透半反分光棱镜，用于改变光束传播方向。

4.根据权利要求1所述的一种星地链路激光湍流传输模拟与通信性能检测装置，其特征在于，所述的第一液晶相控阵器件，第二液晶相控阵器件，第三液晶相控阵器件由液晶屏和驱动器构成；分别用来模拟不同模型的湍流。

5.根据权利要求1所述的一种星地链路激光湍流传输模拟与通信性能检测装置，其特征在于，所述的长焦透镜系统为长焦距平行光管。

6.根据权利要求1所述的一种星地链路激光湍流传输模拟与通信性能检测装置，其特征在于，所述的多透镜放大系统由M个透镜放大器构成，其中M≥1；根据不同放大需求，可用不同的放大透镜串联组合实现，系统的总放大倍数为多个透镜放大倍数之乘积。

7.根据权利要求1所述的一种星地链路激光湍流传输模拟与通信性能检测装置，其特征在于，所述的空间光探测模块由空间光探测器，数据采集卡，计算机和相应的光功率检测分析软件构成；将实时接收到的光强信息转变为电信号，并通过数据采集卡导入计算机，由光功率检测分析软件对数据进行记录存储，分析得到光强闪烁指数。

8.一种星地链路激光湍流传输模拟与通信性能检测方法，其特征在于，包括：

步骤1、计算机根据星地链路的大气湍流模型分布变化，生成三种不同的湍流畸变相位屏，通过驱动器分别加载到三个液晶相控阵器件上，实现对入射激光光束的湍流畸变相位控制；

若星地上行链路，海拔高度从低到高将依次分别为第一液晶相控阵器件模拟大气边界层湍流段，第二液晶相控阵器件模拟大气自由对流层湍流段，第三液晶相控阵器件模拟大气平流层湍流段；

步骤2、根据光学透镜系统傅里叶变换原理和实际的星地激光通信链路情况，将激光链路等比例缩小，利用公式Φ＝Φ_rL/f，可分别设置相应的长焦透镜系统焦距、第一透镜放大器和多透镜放大系统的放大倍数，

其中Φ为小孔光阑直径，f为系统等效焦距，L为激光链路距离，Φ_r为实际系统接收口径；

若假设星地上行链路中边界层湍流段链路长度L₁为2km，自由对流层湍流段链路长度L₂为10km，整个星地上行链路长度L₃为400km，通信系统接收口径为Φ_r为250mm，小孔光阑直径均为1mm，则长焦距透镜系统的焦距应为8m，第一透镜的放大倍数应为5，多透镜放大系统的放大倍数应为40；

步骤3、调整所有光学元器件，保持其光轴和入射激光光束同轴；

步骤4、设置激光通信光源通信速率，误码测试仪也应选取同样速率，如155Mbps、625Mbps、1.25Gbps、2.5Gbps，或更高；根据不同的通信速率要求需设置不同长度的伪随机二维码序列，通常情况下，速率越高伪随机码序列的长度应越长；误码测试仪接收到受湍流扰动的电信号后，即可分析得到通信误码率，保持湍流状态不变，多次重复测量通信误码率，取平均值；

步骤5、空间光探测模块将实时接收到的光强信息转变为电信号，并通过相应软件分析计算出光强闪烁指数，保持湍流状态不变，多次重复测量光强闪烁指数，取平均值。