Since the direct-gradient (DG) method uses the Shack-Hartmann wave front sensor (SH-WFS), based on the phase-conjugation principle, for atmospheric compensation in free-space optical (FSO) communication, it cannot effectively correct high-order aberrations. While the stochastic parallel gradient descent (SPGD) can compensate the distorted wave front, it requires more calculations, which is sometimes undesirable for an FSO system. A hybrid compensation (HC) method is proposed by properly using the DG method and SPGD algorithm to improve the performance of FSO communication. Simulations show that this method can well compensate wave-front aberrations and upgrade the coupling efficiency with few computations, preferable correction results, and rapid convergence rate.
광학계의 결상성능평가는 optical transfer function(OTF)을 측정하는 것이 표준적인 방법으로 사용되고 있다. 그러나, 대량 생산되는 광학계의 경우에서는 측정의 편리함 때문에 test pattern을 투영하여 contrast를 검사하는 방법도 많이 사용되고 있다. 본 연구에서는 회절결상이론을 사용하여 주기적 line-space pattern에 대한 contrast transfer function(CTF)을 계산하는 프로그램을 개발하고, C계수와 Zernike 다항식으로 표현되는 3차 파면수차에 의한 광학계의 modulation transfer function (MTF)과 CTF 변화를 비교, 분석하였다.
In a free-space coherent optical communication system, wavefront distortion is frequently beyond the correction range of the adaptive-optics system after the laser has propagated through the atmospheric turbulence. A method of residual wavefront correction is proposed, to improve the quality of coherent optical communication in free space. The relationship between the wavefront phase expanded by Zernike polynomials and the mixing efficiency is derived analytically. The influence of Zernike-polynomial distortion on the bit-error rate (BER) of a phase-modulation system is analyzed. From the theoretical analysis, the BER of the system changes periodically, due to the periodic extension of wavefront distortion. Experimental results show that the BER after correction is reduced from 10-1 to 10-4; however, when the closed-loop control algorithm with residual correction is used, the experimental results show that the BER is reduced from 10-1 to 10-7.
Free-space optical communication technology enables the high-speed data transmission and excellent anti-jamming security. We conduct research on satellite-to-ground free-space optical communication links for high-speed transmission of large-capacity surveillance and reconnaissance data. Since the satellite continues to move along its orbit while the optical signal is transmitted between the satellite and the ground, the pointing angle of the beam from the ground terminal needs to be corrected by Point Ahead Angle(PAA) so that the transmitted light reaches the expected location of the satellite. In this paper, we present the algorithm for PAA estimation and control.
In response to the current situation where general methods cannot effectively compensate for the phase delay of ordinary optical mixers, a multi-layer spatial beam-splitting optical mixer is designed using total reflection triangular prisms and polarization beam splittings. The phase delay is generated by the wave plate, and the mixer can use the existing parallel plates in the structure to individually compensate for the phase of the four output beams. A mixer model is established based on the structure, and the influence of the position and orientation of the optical components on the phase delay is analyzed. The feasibility of the phase compensation method is simulated and analyzed. The results show that the mixer can effectively compensate for the four outputs of the optical mixer over a wide range. The mixer has a compact structure, good performance, and significant advantages in phase error control, production, and tuning, making it suitable for free-space coherent optical communication systems.
본 논문에서는 한국항공우주연구원에서 개발한 우주파편 충돌위험 종합관리 시스템(KARISMA, KARI Collision Risk Management System)의 궤도결정 기능을 이용하여, 정지궤도위성의 광학 관측데이터에 기반한 정밀궤도결정을 수행하였다. 광학 관측데이터로는 정지궤도 위성 ARTEMIS에 대한 유럽우주기구(ESA, European Space Agency)의 실제 광학 관측데이터를 사용하였다. 동일한 관측데이터에 대해 유럽우주기구의 정밀궤도결정 시스템을 통해 얻은 궤도결정 결과와 비교했을 때 약 420 m 정도의 평균 위치오차가 있음을 확인하였다. 또한, 4일간의 광학 관측데이터를 바탕으로 얻은 궤도결정 결과를 이용하여 궤도예측을 수행하였으며, 유럽우주기구의 궤도결정 결과와 비교했을 때 3일 동안 대략 500~600 m 수준의 위치오차를 보였다. 이러한 결과들에 기반하여 KARISMA의 궤도결정 성능이 우주파편 충돌위험 분석을 위해 사용가능한 수준임을 확인할 수 있었다.
We modified the optical system of 500 mm wide-field telescope of which point spread function showed an irregularity. The telescope has been operated for Near Earth Space Survey (NESS) located at Siding Spring Observatory (SSO) in Australia, and the optical system was brought back to Korea in January 2008. After performing a numerical simulation with the tested value of surface figure error of the primary mirror using optical design program, we found that the surface figure error of the mirror should be fabricated less than root mean square (RMS) $\lambda$/10 in order to obtain a stellar full width at half maximum (FWHM) below $28\;{\mu}m$. However, we started to figure the mirror for the target value of RMS $\lambda$/20, because system surface figure error would be increased by the error induced by the optical axis adjustment, mirror cell installation, and others. The radius of curvature of the primary mirror was 1,946 mm after the correction. Its measured surface figure error was less than RMS $\lambda$/20 on the table of polishing machine, and RMS $\lambda$/15 after installation in the primary mirror cell. A test observation performed at Daeduk Observatory at Korea Astronomy and Space Science Institute by utilizing the exiting mount, and resulted in $39.8\;{\mu}m$ of stellar FWHM. It was larger than the value from numerical simulation, and showed wing-shaped stellar image. It turned out that the measured-curvature of the secondary mirror, 1,820 mm, was not the same as the designed one, 1,795.977 mm. We fabricated the secondary mirror to the designed value, and finally obtained a stellar FWHM of $27\;{\mu}m$ after re-installation of the optical system into SSO NESS Observatory in Australia.
The reimaging optics of the KASINICS (KASI Near Infrared Camera System) includes many transparent components like an entrance window, band-pass filters, and blocking filters. As observational targets or in-field background objects, bright stars may cause optical ghosts that can significantly degrade the system performance of the KASINICS. We estimated analytically the relative brightness of ghost components with respect to a point source and examined the effects of tilting optical components as a method of suppressing ghosts. We also performed numerical ray tracings including all the optical components and found the results are consistent with those of the analytic estimations. We conclude that the KASINICS will not suffer from significant ghost effects with appropriate anti-reflection coatings and fittings for the optical components.
An optical tracking system has advantages for observing geostationary earth orbit (GEO) satellites relatively over other types of observation system. Regular surveying for unidentified space objects with the optical tracking system can be an early warning tool for the safety of five Korean active GEO satellites. Two strategies of positioning on the observed image of Communication, Ocean and Meteorological Satellite 1 are tested and compared. Photometric method has a half root mean square error against streak method. Also eccentricity method for initial orbit determination (IOD) is tested with simulation data and real observation data. Under 10 minutes observation time interval, eccentricity method shows relatively better IOD results than the other time interval. For follow-up observation of unidentified space objects, at least two consecutive observations are needed in 5 minutes to determine orbit for geosynchronous orbit space objects.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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