强联合大气湍流下到达角起伏时间频率谱分析

考虑到折射率结构常数和传输距离对星地链路激光通信质量的影响,本文在修正Rytov 方法的基础上,根据星地链路的实际情况,建立了强联合大气湍流模型;并采用谱分析法,得出适用于强湍流区的到达角起伏时间频率谱表达式;最后,分析了对流层Kolmogorov湍流和平流层Non-Kolmogorov湍流对星地链路瞄准捕获跟踪的联合影响.结果表明:大气湍流对星地链路激光通信具有显著影响,且对流层的影响远小于平流层;适当增大接收孔径和频率,可以有效降低大气湍流对星地链路稳定性和可靠性的影响,从而提高星地链路的通信质量.     

国外激光链路中继卫星系统的发展与启示

激光链路中继卫星系统是指以激光波束为媒介,为低轨信息获取类卫星提供高速数据传输服务的卫星系统。国外已开展了多次星间、星地激光通信实验,已由强度调制/直接探测通信体制过渡到相位调制/相干解调通信体制,通信速率可达5.6 Gbps。卫星激光通信正向更高通信速率、组网应用、终端小型化、轻量化方向发展。在系统分析欧洲、日本、美国等国家典型星间、星地激光通信实验和中继卫星发展计划的基础上,讨论了激光链路中继卫星系统的发展趋势,总结得到对发展我国激光链路中继卫星系统的若干启示。     

大气湍流与平台微振动影响下的星地激光通信性能

大气湍流与平台微振动的存在会导致星地激光通信链路的随机信道衰减,使通信质量无法得到保证.为了研究大气湍流与平台微振动共同影响下的星地激光通信性能,建立了联合星地激光链路随机衰减模型,并基于二进制相移键控调制、外差相干接收给出了该模型下系统平均误码率的闭合表达式.仿真分析了不同星地激光通信系统参数对系统误码率性能的影响,...     

星地激光通信下行链路的最大天顶角分析

从星地激光通信系统星座设计的需求出发,分析了星载激光载荷发射功率、发射端瞄准偏差角和背景光功率等因素对下行链路最大通信天顶角的影响.针对采用OOK调制、APD探测器直接检测的链路,基于gamma-gamma先强起伏概率密度函数和Webb-Gaussian APD探测器输出模型,建立了大气湍流影响下的下行链路误码率模型,...     

到达角起伏对上行星地激光通信系统性能的影响

在Kolmogorov湍流模型下,建立了到达角起伏对星地激光通信误码性能影响的理论模型。基于该模型,推导了星地激光通信系统误码率的闭合表达式。综合考虑光强闪烁、光束漂移和到达角起伏,推导出三者共同作用下,星地系统上行链路的接收光强概率密度解析式以及误码率的闭合表达式。文中采用的调试方式是适合星地激光通信的相干探测圆偏振调制。针对上行链路,仿真分析了弱、中、强湍流下,三者共同作用时,星地激光通信系统的误码率,并与不考虑到达角起伏条件下进行了比较。还分析了到达角起伏与误码率的变化关系,以及在考虑发射功率受限的条件下,三者共同作用对系统性能的影响。研究结果表明,除了光强闪烁和光束漂移以外,到达角起伏也是通信性能中不可或缺的因素。     

平流层飞艇通信系统关键技术探讨

平流层飞艇通信系统同时具有微波中继和卫星通信的优点,可与地面控制单元、空中中继单元以及多种无线用户构成通信网络,已成为国内外的研究热点。国际电信联盟（ITU）已分配给高空通信系统47.2～47.5GHz和47.9～48.2GHz的工作频段。然而到目前为止,世界上还没有一款真正可以投入使用的平流层飞艇通信系统,飞艇平台和通信载荷方面均存在多个关键技术迫切需要解决。     

紫外光非直视通信抗干扰中继链路方法及其功率需求分析

针对紫外光通信中光源器件发射功率受限和大气信道衰减严重造成传输距离近的问题,提出一种用于非直视通信的抗干扰中继链路方法。该方法采用多跳网络方式在端到端传送节点间构建中继通信链路,通过时分复用技术给相邻节点分配不同时隙防止节点的相互干扰;同时,对节点直接传送信息和采用中继链路方法接力转发信息两种不同方式的功率需求进行了分析。仿真表明,采用的中继链路方法在传输相同通信距离时减少了单个节点的发射功率及系统总功率,提高了系统功率利用率,有利于重量轻、低功耗需求的节点部署实施。     

低轨卫星L频段中继通信载荷技术研究

针对深远海和陆基间高速率实时数据通信需求,完成了一种应用于低轨卫星的高集成度、低成本、低功耗L频段中继通信载荷的设计和实现。该中继通信载荷将通信天线、射频前端、信号处理单元、电源变换单元和接口单元等集成化设计。接收前端采用有源相控阵天线设计,发射前端设计了GaN功率放大器以提高接收单元獹/T值和发射单元等效全向辐射功率(Effective Isotropic Radiated Power,EIRP)。信号处理单元集成了零中频接收结构和直接射频调制结构,可完成反向链路8Mb/s载荷数据接收解调及前向链路数据处理转发的功能。载荷单机和装星后的环境模拟测试以及星地通信回路模拟测试结果表明,装星载荷可实现L频段卫星通信。整机质量为12.87 kg,在工作温度-25℃～+55℃范围内,发射端功率放大器输出大于30 W时,最大功耗为91.2 W(3.04 A/30 V)。     

一种星地激光通信载荷预对准算法研究

提出了一种基于GPS实时轨道预报计算星地激光通信载荷预对准方位俯仰角度的算法。算法考虑了卫星在轨运动过程中卫星姿态的变化及星地载荷安装角度的影响。对算法进行了软件仿真,给出了卫星经过地面站过程中星地载荷方位俯仰角度随时间变化曲线。利用专业星地链路分析软件STK(satellite tool kit)完成了算法的对比验证,对验证结果进行了分析,结果表明,算法能够准确计算星地载荷方位俯仰指向角度,与STK软件计算结果一致,具有很高的实时性与准确度。     

功率约束下的星地协作网络中断概率分析

针对星地协作网络,考虑中继节点转发卫星节点信号时会受发射功率和干扰功率约束,提出了一种基于中继节点与目的节点间链路最大信噪比准则来选择中继节点的放大转发部分中继选择策略。在卫星链路遭受阴影莱斯衰落和地面链路遭受瑞利衰落情况下,推导出系统中断概率下界的闭合表达式。仿真结果表明了理论分析的正确性,并展示了不同阴影莱斯信道参数、不同中继数目、不同功率约束对中断概率的影响。     

综合模块化浮空器中继系统设计

通过剖析浮空器自身优点,结合它在通信中继应用领域的优势及研究情况,对比传统的通信中继系统,提出一种浮空器中继系统设计架构。其硬件采用综合模块化设计,软件采用分层设计。对设计中所需解决的关键技术进行了可行性分析,同时,展望了其未来在提升空中平台通信中继能力方面的应用。     

大气湍流影响星地相干激光通信的数值仿真

由于解析法在研究相干光通信的相位补偿等问题中存在困难,采用多层相位屏分步传输的数值仿真方法研究大气湍流对星地相干光通信下行传输的影响。首先建立了卫星地面之间的大气湍流中激光传输的仿真模型,可以实现不同天顶角和不同湍流条件下的光传输仿真计算。然后用其进行地球同步轨道(GEO)卫星下行光通信的数值仿真分析,并通过与理论值的对比来检验算法的可靠性。最后结合二进制相移键控(binary phase shift keying, BPSK)相干激光通信系统的误码率（bit error rate, BER）模型,计算分析了下行激光通信信号的衰落系数和BER。     

影响空地激光通信链路通信时段选择方案的背景光及大气湍流效应因素

对空地激光通信链路通信时段选择与背景光、大气湍流效应的关系进行了理论分析、仿真及实验研究 ,指出了空地激光通信链路通信时段选择方案一般应遵循的原则 :1)由于夜晚时段大气湍流强度较弱 ,空地激光通信可多选择夜晚时段 ;2 )晴天天气条件下 ,空地激光通信应避免在太阳光强烈的中午时段建立通信 ,建议多使用清晨和下午时段 3 )阴天天气条件下 ,背景光和大气湍流效应对空地激光通信链路的影响较小 ,因此只要链路通信光能量能满足链路功率分配指标要求 ,空地激光通信链路适合在阴天天气条件下进行     

Research on the system error performance of coherent orthogonal frequency division multiplexing system with M-distribution in satellite-to-ground laser communication

In order to alleviate the influence of atmospheric turbulence on the performance of satellite-to-ground laser communication system,based on the M-distribution atmospheric channel model,a multi-carrier coherent orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) modulation system was proposed for uplink and downlink in the satellite-to-ground laser communication.The closed-form expression of bit error rate (BER) of coherent OFDM modulation system was derived.The relationship between the zenith angle,receiving aperture,signal-to-noise ratio (SNR),optimal beam divergence angle,and optimal transmission radius and the BER were studied under weak,and strong atmosphere turbulence,and compared with binary coherent differential phase shift keying (DPSK) modulation.Both the theory and the simulation results show that compared with coherent DPSK modulation,the bit error performance of the coherent OFDM modulation system in the satellite-to-ground laser communication system is better.     

Atmospheric optical communications systems

The increasing sophistication of optical (and infrared) components and techniques, combined with rapidly expanding communication requirements, suggests that optical systems operating partly or entirely within the atmosphere may soon represent desirable solutions to real communications problems. The design of such systems will be strongly influenced by considerations of atmospheric turbulence, molecular absorption, and aerosol scattering. The most promising alternatives are heterodyne systems operating at the 10.6 µ wavelength, and direct-detection systems at near-infrared or visible wavelengths. Feasible links include horizontal, ground-to-satellite, and satellite-to-ground (or aircraft) geometries. System requirements and atmospheric effects are reviewed. Components, signaling, and diversity techniques which will partially overcome atmospheric limitations are discussed. Specific representative systems designs are presented.     

Small-scale fading for high-altitude platform (HAP) propagationchannels

There has been a great interest in the development of high-altitude platforms, which are low cost stratospheric aircraft carrying payloads tailored for a wide range of applications in telecommunications and remote sensing. These platforms are capable of flying at altitudes ranging between 17 and 30 km, with a potential endurance of weeks to months, features that make them attractive for the provision of future personal communication services. This paper deals with the theoretical derivation of a channel model for the communication link between the platform and terrestrial mobile users or stations. In particular, we address the problem of modeling the small-scale fading effects. It is shown that the particular geometry of the propagation scenario leads to a specific model applicable to the stratospheric channel     

激光中继镜传输的等效菲涅耳数分析

中继镜系统被认为是一种能有效降低大气对激光影响并提升激光打击范围的新型高能激光系统。激光中继镜传输优势评判标准以及应用优势范围分析是中继镜技术研究的重要内容。文章建立了中继镜系统光束传输模型,详细推导了真空和湍流条件下激光中继镜传输过程的等效菲涅耳数,分析了光束中继镜传输过程的性能评价因子以及光束传输性能与等效菲涅耳数的关系,在此基础上分析了激光中继镜传输应用优势范围的求解方法,并对Hufnagel-Valley 5/7湍流模型条件下光源波长3.8 m、高度30 km的激光中继镜系统进行了数值模拟。结果显示:地球大气湍流条件下,中继镜系统能提升激光对远距离、高空目标的打击效果,拓展激光的打击范围。     

背景光及大气湍流对空地激光通信接收光斑产生的影响

为了研究在不同背景光及弱湍流条件下的空地激光传输特性,同时为空地激光通信链路总体方案设计提供相应的实验数据,进行了背景光及大气湍流影响空地激光通信系统接收光斑的实验研究,同时提出了在空地激光通信系统中有效抑制背景光及大气湍流效应影响的措施。     

基于临近空间的目标探测及宽带通信

临近空间是未来军事装备体系发展的一个重要领域。在区域性应用中具有组网灵活、快速机动、定点不间断持续侦察和性价比高等优势。介绍了国内外对临近空间及临近空间飞行器的开发和研制情况,给出了基于临近空间的目标探测模式。通过论述平流层通讯体制,探讨了利用宽带数据链和多数据链融合技术构建临近空间传感器网络以支持协同探测的技术途径。