卫星激光通信Ⅰ链路和终端技术

卫星激光通信具有巨大的潜在应用价值,国际上已实现高码率、小型化、轻量化和低功耗激光通信终端,全文的第一部分即“链路和终端技术”综述了卫星激光通信的国外进展,介绍了终端的关键技术,讨论了终端设计思想。第二部分(另文)将讨论和介绍卫星激光通信终端地面检测和验证技术。     

激光通信技术的研究

介绍了激光空间通信的特点、优势、发展现状。分析和讨论了激光通信系统的组成及其主要的关键技术。     

卫星激光通信复合轴光跟瞄技术及发展

卫星激光通信具有巨大的潜在应用价值,国际上已实现高码率、小型化、轻量化和低功耗激光通信终端,其中光学跟瞄系统的设计和控制是关键技术之一。由粗跟踪系统和精跟踪系统组成的复合轴系统能实现光跟瞄系统的大范围、高精度跟踪任务。对卫星激光通信光学跟瞄系统的特点和关键技术进行了讨论,介绍了光跟瞄技术中的扫描、捕获、指向、跟踪过程,综述了复合轴光跟瞄控制系统的国外研究进展。最后对卫星激光通信复合轴光跟瞄系统的应用前景进行了展望。     

极具潜力的卫星激光通信

本文阐述了卫星激光通信的优点，分析了其技术难点和可能的解决途径，并对国际和国内卫星激光通信的研究状况做了介绍。     

国外空间激光通信技术的发展

随着全球信息产业和通信技术的发展,为空间激光通信开辟了广阔天地。国外先后开展了论证,研究和实验演示等工作,并逐步走向实用化,我国也越来越关注该技术的发展。本文在介绍空间激光通信优点的基础上,重点介绍美国,欧洲,日本等前沿研究国家进展情况和发展趋势,并归纳需要研究的关键技术。     

深空激光通信系统方案设计和视轴对准技术研究

在深空探测中利用激光进行科学数据的回传是一种极具潜力的方式,美国已经着手开展这方面的研究工作,在国内尚未有任何报道,针对这种情况,以火星对地球深空激光通信为研究对象,在对外部约束条件进行了分析的基础上,提出了通信分系统和捕获、跟踪、瞄准(APT)分系统两大分系统的设计原则,并对系统关键参数进行了详细设计,在此基础上提出了一种基于自然天体成像的捕获和对准概念,作为国内对深空激光通信整体方案的首次初探。     

卫星互联网星间激光通信的分析及建议

卫星通信和地面移动通信具有较强的互补性,卫星互联网是当前产业发展的热点,也是未来6G网络的重要组成部分。全球覆盖需要星间组网,但星间通信带宽需求与自由空间信道带来的不稳定性对空间承载网提出了新的挑战。对星间通信及其传输链路进行对比分析,提出了基于星间激光的光传送网络（OTN）承载方案,以充分发挥地面光通信的成熟产业链优势和规模经济优势,构建经济性、兼容性、扩展性强的星地一体化网络。最后展望了星间激光通信的技术演进方向,并提出了我国产业发展建议。     

星间激光通信技术研究

提出了一套用于GEO-LEO的空间光通信系统设计方案,系统采用IW/DD调制解调方式。其发射端机光源采用波长为1550nm的量子阱DFB半导体激光器,输出激光经SOA放大后由光学天线发射出去。天线采用收发分开的卡塞格伦反射型,口径25cm。接收光信号经SOA放大后由光探测器PIN-FET组件检测。光探测器前设有峰值波长可调谐的窄带干涉滤光片。ATP中,信标光源采用波长为808nm的AlGaAs半导体激光器,捕获探测器为CCD阵列探测器,跟踪探测器由四象限红外探测器QD来实现。其中,捕获的扫描方式为矩形螺旋复合方式。粗跟踪陀螺仪采用光纤陀螺,通过软件实时改变粗跟踪的扫描方式。     

大气激光通信中的APT技术研究

在空间激光通信系统中,空间光束的自动搜索、跟踪、瞄准,即APT(Acquisition,Pointing and Tracking)是一项非常关键、非常重要的技术。文中对APT的工作原理、工作过程以及大气空间环境对APT系统的影响等进行了分析。     

空间激光通信及应用

简单回顾了空间激光通信的发展历史，阐述了空间激光通信系统的组成、工作原理和主要的关键技术。介绍了国际上几个空间光通信发展的前沿国家(或地区)和国内开展空间激光通信研究的进展情况，分析了空间激光通信的应用前景和发展趋势。     

XY-2号卫星激光通信载荷PAT在轨测试

针对低轨小卫星星座的通信需求,设计了基于双棱镜和四象限雪崩光电二极管(QAPD)结构收发同轴的激光通信载荷,该方案是无信标光体制,具有体积小、轻量化和大视场的特点。文中针对双棱镜结构,给出了双棱镜输入输出光线的计算模型,在此基础上,提出了星间指向、捕获和跟踪的实现方式,并在XY-2号卫星上进行了在轨测试和验证,进行指向测试时,更新了指向偏移量,标定了QAPD跟踪点,并进行了双向建链测试。进行了15次双向建链测试表明,该激光通信载荷捕获时间小于20 s,捕获成功率达到100%,捕获后双星建链时间优于2 s,建链测试成功率达到了93%,建链后跟踪精度RMS值小于30 μrad。     

自由空间激光通信中的APT技术分析

自由空间激光通信是一种新兴的通信方式,是光纤通信和无线通信结合的产物。其中,高精度、宽带宽的激光捕获,以及对准和跟踪（APT）是非常关键的技术。简述APT系统结构与其工作过程,并介绍了其中的关键技术,对捕获方法以及跟踪瞄准的精度做进一步分析,通过分析误差得出一个最优值。     

大气激光通信机的光学模型和物理实现研究

将光学理论应用到大气激光通信机设计中,提炼出大气激光通信机的发射和探测过程的光学理论模型,提炼推证了半导体激光器远场发射、准直发射和接收透镜探测损耗的公式,提炼推证了准直激光焦面探测爱里斑公式及对应的质心运算和质心评价公式。设计了和上述推证相关的光学天线和分光镜等。设计了光学天线分辨率、CCD捕获分辨率、通信分辨率、伺服系统分辨率等和系统精度相关的参数。     

大气激光通信技术

大气激光通信曾被评为2001年十大热门电信技术之一。主要介绍了大气激光通信系统的组成及技术优点,提出了一种收发一体、光电分离的系统结构。总结分析了大气歼扰、天气因素和平台的抖动或振动对通信的影响,提出了螺旋式扫描子空间的动态捕获、瞄准、跟踪方案。展望了大气激光通信广阔的应用前景。     

星间激光通信不确定区域扫描补偿技术研究

针对卫星激光通信过程中初始捕获产生的相对运动偏移误差,建立了星间激光通信的相对运动补偿模型。该模型只需提供较少的星历表查询,就能得到高精度补偿数据。仿真实验结果表明,该模型可以减小不确定区域扫描过程中产生的偏移误差,在星间激光通信过程中实现了高概率、快速建立激光通信链路。     

极具潜力的卫星激光通信

本文阐述了卫星激光通信的优点，分析了其技术难点和可能的解决途径，并对国际和国内卫星激光通信的研究状况做了介绍。     

自由空间激光通信系统APT粗跟踪链路功率分析

在简要介绍典型自由空间激光通信系统组成的基础上,重点分析APT粗跟踪链路的特性,并从功率的角度分别对链路发射、传输、接收单元定量描述,对光斑探测CCD相机单元的噪声源种类、特性以及有效抑制的措施进行研究,对不同环境的背景光特性和抑制措施进行分析,得到光斑探测信噪比.在理论分析的基础上对部分关键器件进行选取和系统优化设计,使粗跟踪链路满足任务要求.     

10.6μm激光大气通信的自动瞄准与跟踪

激光大气通信双端的自动瞄准与跟踪，是开发激光大气传输信道、赖以传送大容量信息的一个关键问题。本文在分析扰动大气对光束瞄准跟踪所产生的影响的基础上，提出了适于大气激光通信的跟瞄系统结构和设计准则，建立了跟瞄系统模型，合理地设计了数字式瞄准跟踪系统，并给出了光束跟踪系统的实验结果。１０．６μｍ大气通信瞄准问题，国内外还未见有更深入的研究报告。     

大气激光通信的自动跟瞄技术探讨

为解决因建筑物晃动、风力影响等环境因素对大气激光通信通信的影响而提出自动跟瞄技术。主要探讨了该问题的一种解决方案：采用GPS定位技术和扫描技术进行粗瞄准,用四象限红外探测器（QD）进行精瞄准和实时跟踪。     

摆镜式激光通信终端光束指向与粗跟踪特性

基于两正交旋转轴的单平面镜（摆镜式）激光通信终端的粗跟踪问题,提出了一种求解光束指向的法矢量求解算法,给出了该类型通信终端的粗跟踪算法。采用矢量反射定律和矩阵旋转变换规律,理论推导了摆镜的光束指向模型和跟踪模型,对比分析了不同安装方式对光束指向和畸变的影响,并对模型分别进行了建模仿真和实验研究。结果表明:光束传输模型和粗跟踪模型的精度优于3 μrad,所研制的摆镜式激光终端粗跟踪精度,最大误差优于15.5 μrad (3σ),均方根误差优于10.5 μrad,满足激光通信终端对高精度粗跟踪的技术要求。该研究工作对摆镜式扫描系统的光束指向分析和激光终端粗跟踪具有借鉴意义。