基于空间激光通信组网四反射镜动态对准研究

空间激光通信全光链路组网具有较高的通信速率,决定了其在未来全球空间通信领域中的重要地位及发展方向。全光链路组网需解决一点对多点的光学链路问题,不同方法所涉及的结构和跟踪控制方式会有较大差异。基于全光链路组网光学原理,提出了一种轨面四反射镜光学天线结构。基于链路组网方案的光学动态跟踪原理进行数学建模,给出链路通信节点间动态对准时光学参量间的关系,并对数据进行分析,可用于空间激光通信终端捕获、跟踪、瞄准(ATP)控制系统。提出了一种低轨双链路列队卫星组网方案,将激光通信终端光学天线四跟踪平面反射镜的工作面置于卫星轨道平面链路节点处,可实现低轨全光链路空间激光通信组网。     

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。     

面向应急通信的低轨短数据通信星座优化设计

针对军民各行业的应急通信需求,开展了基于低轨卫星的短数据通信系统设计和优化分析。借鉴全球星优化设计方法,得到了由分布在7个轨道面的49颗低轨卫星组成的短数据通信卫星星座。系统内各卫星通过激光链路为用户信息传递提供实时传输通道,任意时刻卫星与周边不少于10颗卫星存在通信链路。效能仿真结果表明,系统能够实现对我国陆地领土无缝覆盖,对周边区域和低纬度区域实现不小于90%的覆盖率,满足信息的应急传递需求。     

激光星间链路发展综述：现状、趋势、展望

由于激光通信在空间传输中波长短且方向性强,已成为下一代卫星通信与导航的重要手段。激光星间链路的高速率、高带宽、高安全性等特点,可以提供高质量卫星空间通信,同时其还可以提高星间测距的精度,因此,构建激光星间链路成为下一代卫星网络的研究重点之一。文中首先从技术层面介绍激光星间链路的基本组成,主要介绍了卫星激光建链模式、卫星激光信号调制模式及卫星激光载波波长三个重要技术点。从技术到现象,根据不同轨道高度和不同的任务需求,按照发射时间顺序综合调研并总结了近年来国内外典型中高轨和低轨卫星激光通信成果的发展现状与未来计划。通过调研,进一步从宏观角度分析出卫星激光通信发展标准化、兼容化、网络化和商业化四个趋势,并从微观角度总结了卫星激光终端弹性化和模块化的发展方向。最后,除了作为通讯手段,展望了星间激光链路用于卫星激光测距的良好前景。通过对激光星间链路的现状、趋势和展望的综合分析,旨在为未来激光星间链路的设计与优化提供一定的借鉴和参考,并为我国未来星间激光通信和测距技术的发展及研究提供方向参考。     

卡塞格仑光学天线相干接收混频效率的研究

在激光工程应用中,特别是激光大气通信、激光雷达等系统常常使用卡塞格仑光学天线作为相干接收光学天线。 相干接收信号光、本振光的混频程度由相干接收混频效率η_(?)定义。     

带有前置EDFA卫星相干激光通信终端的信噪比分析

卫星激光通信链路是一项实现卫星大规模星座组网的关键技术。相干激光链路灵敏度高、抗背景干扰、速率升级空间大,在星间激光链路中应用广泛。文章建立了带有前置掺铒光纤放大器(EDFA)的卫星相干激光通信终端的信噪比分析模型,仿真分析了EDFA功率增益、EDFA噪声系数、本振光功率、信号光功率、光放后端光带宽、基带前端电带宽对终端输出信噪比的影响以及各种输出噪声功率占比的情况,得到了带有前置EDFA卫星相干激光通信终端的信噪比参数特性。     

低轨通信星座星间链路特点研究

随着全球宽带通信需求的增长,世界各国提出并建设了多种低轨通信星座,我国的卫星互联网系统也在紧张建设中,星间链路将是通信星座系统的重要组成部分。为研究星间链路特点和建链需求,以极轨通信星座为例,从几何角度给出了星间链路指向角和距离的数值计算公式,分析了顺行轨道星间链路的变化规律,并进一步研究了异轨星间反向缝建链的特点。研究结果表明,选取合适的星座参数,可以实现卫星跨反向缝的接续建链,从而保证反向缝两侧卫星之间始终存在可用的通信链路。     

高轨卫星激光中继链路研究现状及发展趋势

自由空间激光通信技术长期以来都是卫星通信和载荷技术领域的研究热点,具有大带宽、高速率等特点.高轨中继卫星是星间数据传输的骨干节点,随着激光通信技术的成熟,激光通信链路已成为国内外高轨中继卫星数据传输的可靠途径.对国内外高轨卫星激光中继链路的最新发展动态及其未来发展规划进行综述,该综述为我国建设空间激光信息网络提供参考.     

低轨卫星互联网通信系统链路预算分析与设计

低轨卫星互联网通信系统可为全球用户提供低延时、高带宽、全球无缝覆盖以及灵活便捷的互联网接入服务。低轨卫星互联网通信系统工作于Q/V频段,因此针对Q/V频段在空间传输的特点,分析了大气衰减、云雾衰减和降雨衰减对链路传输的影响,并结合工程实际,给出了详细的链路预算分析与设计过程,可为卫星链路的设计提供一定的参考。     

基于中继系统的极地激光通信研究

极地区域通信一直是卫星通信领域的难点,为了满足极地区域通信需求,设计一种基于极轨激光通信卫星和地球同步轨道激光中继卫星的极地激光通信系统,分析了卫星通信窗口计算分析模型,描述了系统通信链路的应用与应用场景,对极地通信窗口进行仿真计算并给出了窗口分布列表,经计算日均通信窗口可达3.4～3.96 h.     

卫星互联网星间激光通信链路传输与路由交换技术研究（特邀）

随着低轨卫星互联网的迅猛发展,星间激光通信链路成为低轨大型星座互联互通的关键,也是用户接入卫星互联网实现全球范围内端到端交互的基础。与地球同步轨道的星间环网不同,由于低轨卫星的高动态性,造成星间链路需要不断动态重构,由此带来空间节点的编址方式、交换路由方法等诸多技术难题,是目前该领域关注的热点。此外,用户终端通过微波链路接入卫星互联网,需要微波链路与激光链路之间的汇集和分发,也是迫切需要研究解决的重点难点问题。     

自适应光学对星地相干激光通信性能改善研究

相干激光通信能够实现每秒数百吉比特的通信速率和接近量子极限的灵敏度,在未来天地一体化信息网络中具有广泛的应用前景。大气湍流引入的光学波前畸变是影响星地相干激光通信链路性能的重要因素。本文将自适应光学技术应用于大口径光学地面接收站,并系统地开展了4 Gbps高速相干激光通信试验,试验结果表明,自适应光学技术能够有效抑制中等大气湍流的影响,并提高相干激光通信的灵敏度和稳定性。     

卫星相干光通信跟瞄误差对链路性能的影响

以星间相干激光通信链路的接收机相干效率为研究对象,分析了动态跟瞄误差对相干效率的影响,将相干效率引入到星间相干激光通信链路方程,推导了跟瞄误差波前失配条件下的相干光通信链路的误码率概率表达式,对卫星激光通信链路中跟瞄对准误差导致的相干效率下降、链路误码性能劣化情况进行了仿真计算。结果表明,由于跟瞄对准误差波前失配的影响,相干激光通信接收终端具有一个优化的接收孔径,在本仿真条件下,LEO-GEO星间链路动态跟瞄误差为0.5μrad时,优化接收孔径为0.5 m,链路可获得最佳误码性能。     

一种低轨卫星星地链路评估系统的设计

低轨卫星移动通信是无线通信未来的主要发展方向之一。对低轨卫星星地链路特性的研究,可有效提高系统容量和组网应用效率,也迫切需要建立真实可信的实验验证平台。文章以低轨卫星通信系统星地链路验证及评估为目标,从低轨卫星星地链路特点出发,分析星地链路评估中关键指标,设计低轨卫星星地链路实验验证平台,可满足低轨卫星通信系统星地链路质量的评估要求,为低轨卫星移动通信系统的体制、组网协议等各类设计提供支撑。     

涡旋光束的自适应光学波前校正技术研究进展（特邀）

涡旋光束携带了与其螺旋波前结构相关的轨道角动量,由于其在通信系统不增加带宽情形下可极大增加系统容量和频谱效率,引起了广泛关注。然而,自由空间中的湍流将导致涡旋光束的螺旋波前发生畸变,产生模间串扰,降低接收功率,从而削弱链路性能。自适应光学波前校正技术是克服干扰的有效手段之一。综述了涡旋光束的自适应光学波前校正技术的发展,阐述了Shack-Hartmann、随机并行梯度下降、Gerchberg-Saxton三种算法的校正原理,分析了深度学习在波前校正技术中的应用,并介绍了笔者课题组对水下湍流环境中波前校正技术的研究工作。     

高低轨频率共存卫星通信系统鲁棒波束成形算法研究

针对静止轨道(Geostationary Earth Orbit,GEO)卫星系统和低轨道(Low Earth Orbit,LEO)卫星系统频率共享时存在的干扰问题,本文基于低轨分布式卫星编队提出了一种鲁棒自适应波束成形算法,从空间域功率隔离角度解决了高低轨卫星通信系统上行链路共用频谱时GEO用户对于LEO卫星共线干扰...     

Starlink星座对GSO卫星系统馈电链路的下行同频干扰分析

随着大型低轨星座网络的快速发展,其与静止轨道卫星通信系统间的用频矛盾越发突出.针对低轨通信星座系统与静止轨道卫星系统的馈电链路下行同频干扰,本文以Starlink第一期星座为研究对象,分析了其对静止轨道卫星系统馈电链路的下行干扰场景,建立了以干噪比和等效功率通量密度为评价指标的同频干扰分析模型.仿真结果表明,低纬度地区...     

低轨卫星与5G融合应用及关键技术

与传统地球静止轨道卫星相比,低轨道卫星具有大带宽、高通量、数据传输时延低等显著特点,更加适用于通信领域.低轨卫星通信系统与5G相互融合,取长补短,共同构建全球无缝覆盖的海、陆、空一体化综合通信网,满足用户无处不在的多种业务需求,是未来通信发展的重要方向.重点讨论了低轨卫星与5G网络融合架构、融合场景及融合内容,并重点分...     

低轨道卫星网络中星际链路的研究

给出了极轨道星座的设计方案。分析了星际链路的空间几何关系。结合极轨道星座的例子,通过卫星仿真软件STK进行卫星星座仿真,分析得到低轨卫星系统星际链路的仿真结果,并简要提出低轨道卫星组网的路由算法。     

TDRSS中星间链路信号的衰减特性研究

在TDRSS应用系统中,通过在合适的赤道定点上空设置静止轨道卫星,可使低(中)轨应用卫星的覆盖区域大为扩展。本文研究TDRSS系统中静止轨道卫星和低(中)轨卫星间的星间链路和信号衰减特性,得到了不同轨道参数条件下,低(中)轨卫星同静止轨道卫星之间的星间链路信号衰减结果,为TDRSS的综合应用设计提供了依据。