Phase estimation at the point-ahead angle for AO pre-compensated ground to GEO satellite telecoms - Equipe Communications numériques Access content directly
Journal Articles Optics Express Year : 2023

Phase estimation at the point-ahead angle for AO pre-compensated ground to GEO satellite telecoms

Estimation de Phase au Pointage-en-Avant pour les liens télécom sol-satellite GEO pré-compensés par OA

Abstract

We present a new method to estimate the off-axis adaptive optics pre-compensation phase of a ground to GEO satellite telecom link suffering from point-ahead anisoplanatism. The proposed phase estimator relies on the downlink phase and log-amplitude measurements that are available at the optical ground station. We introduce the analytical tools, extended from the literature, to build the estimator as well as a general modal formalism to express the reciprocal residual phase covariance matrix resulting from any estimation linear with measurements. We use this residual phase covariance matrix to generate independent coupled flux samples thanks to a pseudo-analytical approach and study the gain offered by the proposed estimator on the coupled flux statistics, in various atmospheric conditions. The estimator is shown to reduce the anisoplanatic residual phase variance by at least 35%, and 46% at best, with a greater impact on the lower modes, especially on the tip and tilt residual phase variances. The phase variance reduction brings a gain up to 15 dB on the cumulative density function at probability 10 −3 . This gain should allow to relax the power constraints on the link budget at the OGS and renews the interest in large aperture diameter (60 cm class telescopes) for GEO Feeder links by reducing the atmospheric turbulence impact on the uplink coupled signal.
Nous présentons une nouvelle méthode pour estimer la phase de pré-compensation par optique adaptative hors axe d'une liaison de télécommunication sol-satellite GEO souffrant d'anisoplanétisme de pointage en avant. L'estimateur de phase proposé repose sur les mesures de phase et de log-amplitude de la liaison descendante qui sont disponibles au sein de la station sol. Nous présentons les outils analytiques, étendus à partir de la littérature, pour construire l'estimateur ainsi qu'un formalisme modal général pour exprimer la matrice de covariance de phase résiduelle réciproque résultant de toute estimation linéaire avec des mesures. Nous utilisons cette matrice de covariance de phase résiduelle pour générer des échantillons de flux couplés indépendants grâce à une approche pseudo-analytique et étudions le gain offert par l'estimateur proposé sur les statistiques de flux couplés, dans diverses conditions atmosphériques. L'estimateur permet de réduire la variance de phase résiduelle anisoplanétique d'au moins 35%, et de 46% au mieux, avec un impact plus important sur les modes de basse fréquence, en particulier sur les variances de phase résiduelles de Tip et Tilt. La réduction de la variance de phase apporte un gain jusqu'à 15 dB sur la fonction de densité cumulée à la probabilité 10-3. Ce gain devrait permettre de relâcher les contraintes de puissance sur le budget de liaison à l'OGS et renouvelle l'intérêt pour les télescopes à grands diamètres pour les liaisons GEO Feeder en réduisant l'impact de la turbulence atmosphérique sur le signal couplé de la liaison montante.
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Dates and versions

hal-03948441 , version 1 (20-01-2023)

Identifiers

Cite

Perrine Lognoné, Jean-Marc Conan, Ghaya Rekaya, Nicolas Védrenne. Phase estimation at the point-ahead angle for AO pre-compensated ground to GEO satellite telecoms. Optics Express, 2023, 31 (3), pp.3441. ⟨10.1364/OE.476328⟩. ⟨hal-03948441⟩
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