星地激光通信中地球背景辐射的抑制研究

研究了星地激光通信中地球背景辐射及其抑制技术。推导出了不同轨道处星上终端的地球背景辐射入瞳功率理论公式,提出了固有杂散辐射的概念,并对其作了理论推导。针对一个典型的终端对其地球背景辐射进行了理论计算,并设计了不同形式的遮光系统。最后利用光学仿真软件 LightTools 对不同轨道高度、不同遮光系统形式的星上终端的杂散辐射进行了仿真,得到了轨道高度以及遮光系统形式对杂散辐射的影响曲线,并对其作了分析。为星地激光通信中星上终端的地球背景辐射提供了理论依据,为星上终端的遮光系统设计提供了仿真依据。     

融合YOLOV5+DSST+KCF的目标检测跟踪算法在激光通信中的应用

在空间激光通信中,两通信设备实现激光通信需要经过粗瞄准与精瞄准的过程,而粗瞄准过程在大部分场景下需借助光学望远镜和信标激光等辅助实现,实施不易;针对在粗瞄准过程中如何快速、准确识别出激光通信设备,并辅助完成激光通信,提出将不同目标检测算法与长时跟踪KCF算法相结合;通过对比发现,YOLOV5+DSST+KCF(YDK)算法的平均帧率为12帧,在帧率满足系统要求情况下,YDK算法的响应峰值要比原KCF算法、HAAR+DSST+KCF(HDK)算法分别提高了43.5%、31.4%,且有效解决目标尺度变化问题。     

空间光通信中空间辐射对光纤放大器性能的影响

以60Co为辐射源, 通过地面辐射模拟实验, 对掺铒和铒镱共掺两种光纤放大器的性能变化进行了对比分析。实验结果表明, 在总剂量为40 krad的低剂量轨道辐射环境中, 信号光通过这两种光纤放大器后, 其中心波长及半宽都没有发生显著变化, 这为光纤放大器能够应用于空间光通信提供了保证; 在辐照过程中掺铒光纤放大器的增益下降3.91 dB, 而铒镱共掺光纤放大器的增益下降17.60 dB, 表明镱离子的存在使得铒镱共掺光纤放大器的抗辐射性能要明显弱于掺铒光纤放大器, 这也为不同发射功率下的空间光通信系统在选择合适类型的放大器时提供了一个有益的参考。     

离轴天线在卫星激光通信系统中的应用

现有卫星激光通信终端通常采用同轴两反天线结构,该结构存在接收视场小、发射效率低等缺点。为消除同轴两反结构存在的固有缺陷,提高卫星激光通信系统的瞄准和捕获效率,研究了利用离轴三反结构提高卫星激光通信系统的性能。首先根据基本像差理论,推导得到离轴三反光学结构的初始结构方程。利用离轴结构具有更多设计参量的优势,对离轴三反结构进行优化设计,给出了设计实例。计算机仿真得到的光学传递函数、点列图、衍射包围圆能量和波前误差等均表明:离轴三反结构与同轴两反结构相比,具有更加优异的性能,能够满足卫星激光通信系统不断提升的性能要求。     

大功率半导体激光器阵列光束整形新进展

大功率半导体激光器阵列(LDA)的应用日益广泛,但受其发光机制的限制,光束质量较差.为满足应用要求,必须对LDA光束进行整形处理.介绍了LDA光束整形的基本原理和关键技术,按照光束传播特性的不同,将整形技术分为两大类,即几何光学光束整形和衍射光学光束整形方法进行了阐述.在阐述典型例子的基础上,分析和比较了各种整形方法的优点和不足.     

星间光通信中球差和彗差对信号光远场特性的影响

星间光通信中,波前畸变是影响信号光远场特性的主要因素。分析了球差和彗差对信号光远场分布、天线接收光功率的影响,引入了畸变衰减因子,给出了畸变衰减因子与波前畸变均方根(RMS)值的关系。理论分析和数值仿真结果表明,球差和彗差畸变越大,对天线接收功率的影响越大。在天线对准的条件下,当彗差和球差畸变均方根值分别约为0.120λ和0.135λ时,天线的接收功率为无畸变时的1/2。彗差对天线接收功率的影响主要是峰值移动造成的,球差对天线接收功率的影响主要是次峰的增强造成的。     

衍射光学元件在卫星激光通信终端中的潜在应用

卫星激光通信技术是目前通信技术领域的研究热点,而光学子系统的优化设计是其重要研究方向。主要介绍了利用衍射光学元件实现卫星激光通信终端的小型化、集成化和高效化。文中首先简要介绍卫星激光通信系统的基本原理,随后介绍了衍射光学元件在卫星激光通信终端中的各种可能应用,包括光束整形和分光,光学滤波,防反射镀膜,像差和热差补偿等。给出了一个包含衍射光学元件的激光通信终端光学系统优化设计实例,相应的数值仿真结果表明:衍射光学元件与传统光学元件相比,具有明显优势。     

一种提高卫星光通信终端发射效率的新方法

在采用同轴反射式光学天线的卫星光通信终端中,发射光束受天线次镜的遮挡,将损失部分能量.为消除次镜遮挡,提高光通信终端的发射效率,提出一种基于衍射光学元件的新方法.该方法利用衍射原理将光束整形为圆环光束,以规避次镜遮挡.按照遮挡比和切断比固定和变化这两类情况进行了仿真设计,前一类仿真结果表明:当遮挡比为15,切断比为1.5时,远场强度峰值提高了40%.后一类情况的仿真结果则表明:遮挡比越大,系统透过率和远场峰值强度越高,远场光束的主瓣宽度和强度峰值相对增量则分别变窄和变低;切断比越大,强度峰值的相对增量也越大.该方法提高了卫星光通信系统发射端的发射效率,同时也改善了接收端的光束质量.     

卫星光通信光学天线轴间距的精确调试

卫星光通信系统的光学天线由物镜和目镜构成,两者在光轴方向的间距对系统的发射和接收性能有重要影响.轴间距通常由干涉仪确定,但干涉仪与光学天线的工作波长不同时会引起镜头组焦距变化,导致物镜和目镜的轴间距存在偏差.为了能利用单波长干涉仪精确调试物镜和目镜的轴间距,本文根据光学天线在干涉测量装置中的程函方程,研究了因波长差异引起的物镜和目镜的轴间距变化量与干涉条纹变化量的相应关系,并据此提出一种能精确调试光学天线物目镜轴间距的方法.提出了几种检验该方法有效性的验证方案,包括实验验证和计算机仿真验证两大类.基于计算机仿真的验证结果表明,卡塞格伦反射式光学天线和透射式光学天线轴间距模拟调试误差分别＜15%和＜3%,仿真误差满足使用要求.     

利用衍射锥镜降低卫星光通信探测器位置精度要求的方法

针对卫星光通信系统中接收系统对探测器位置的精度要求,提出利用扩大焦深范围的方法降低探测器的轴向位置精度要求.并根据接收光学天线存在中心遮挡的实际情况,采用切趾圆环对数型衍射光锥实现光束强度的轴向均匀分布.利用能量守恒法获得了衍射锥镜的位相分布函数和振幅透过率函数.计算机仿真结果表明,利用该光锥实现光强轴向均匀分布的能力远大于普通透镜,它将有效提升卫星光通信系统捕获、跟踪、通信性能的可靠性.