面向动态自由空间光链路的单点接收功率反馈自适应波束跟踪方法

《IEEE Photonics Journal》：Adaptive Power-Feedback Closed-Loop Beam Tracking for Integrated Optical Phased Arrays in Dynamic FSO Links

　　摘要：针对动态自由空间光（FSO）链路中集成光学相控阵（OPA）系统在低功率条件下存在方向信息缺失、时变最优解跟踪困难以及本地跟踪能力退化等问题，提出了一种仅基于单点接收功率反馈的自适应波束跟踪方法。该方法融合了三点功率采样、Adam-SPGD自适应更新以及HOLD/RECOVER状态切换机制。建立了动态跟踪模型，并由此推导了底层功率反馈跟踪环路所满足的局部收缩条件及动态跟踪误差上界。实验结果表明：在0.5°、0.01 Hz的扰动条件下，采用Adam-SPGD后跟踪均方根误差（RMSE）从0.1217°降至0.0875°；在更强的2°、0.02 Hz扰动条件下，归一化接收功率从0.8313提升至0.8765，归一化功率波动从0.1234降至0.0731，3 dB链路保持率从94.37%提升至99.98%，跟踪RMSE从0.3892°降至0.0965°。在3°、0.01 Hz恢复实验中，典型RECOVER事件下归一化接收功率在约0.33 s内恢复至锁定阈值。在更高频率的正弦扰动和非周期扫频扰动下的数值结果表明，所提方法在所考虑的扩展动态条件下均能保持有效的跟踪和链路连续性。