一点对多点同时空间激光通信光学系统研究EI北大核心CSCD

随着空间激光通信技术的发展以及建立抗干扰高速天空地一体化信息网络的需要,研究空间激光通信组网技术迫在眉睫.在分析空间激光通信组网技术难点的基础上,提出了一种新的激光通信组网方案.利用广角扩束镜与双光楔组结合作为多点激光通信系统的光学天线,广角扩束镜可实现对不同方位目标信号光的收集,双光楔组可实现对不同方位目标的同时动态跟踪.以此光学天线为基础,研究了可实现一对多同时空间激光通信的总体方案,设计了系统中的光学天线、中继光学分系统、收发分光分系统等.该方案可为空间激光通信组网提供一种新的技术途径.     

一点对多点同时空间激光通信光学系统研究

随着空间激光通信技术的发展以及建立抗干扰高速天空地一体化信息网络的需要,研究空间激光通信组网技术迫在眉睫.在分析空间激光通信组网技术难点的基础上,提出了一种新的激光通信组网方案.利用广角扩束镜与双光楔组结合作为多点激光通信系统的光学天线,广角扩束镜可实现对不同方位目标信号光的收集,双光楔组可实现对不同方位目标的同时动态跟踪.以此光学天线为基础,研究了可实现一对多同时空间激光通信的总体方案,设计了系统中的光学天线、中继光学分系统、收发分光分系统等.该方案可为空间激光通信组网提供一种新的技术途径.     

激光星间链路终端技术发展与展望北大核心CSCD

激光星间链路主要用于卫星之间高速数传,是构建天基信息网络的关键技术。目前国外通信、遥感、导航和中继等卫星系统都已计划部署激光通信终端,激光星间链路技术已从在轨演示验证向大规模组网应用阶段发展。简要梳理了国际上现有组网卫星系统的激光星间链路终端技术发展情况,对激光星间链路的技术体制和终端分类进行了总结;侧重分析了我国激光星间链路终端技术发展现状及大规模应用面临的主要问题,针对重难点技术的解决途径进行了思考;对激光星间链路终端未来的发展趋势做了展望,尤其是轻小型化设计与实现、宽带化、一对多光学天线和网络化等技术发展趋势进行了分析。     

空间激光通信组网反射镜联动跟踪控制技术

为提高光学天线能量利用效率,实现空间激光通信组网,本文对反射镜联动跟踪控制技术展开研究。首先,阐述了系统组成原理,详细论述了基于单探测器多执行器的反射镜联动跟踪控制策略。接着,通过分析激光链路能量,得到了联动跟踪约束条件及误差要求。然后,建立了双反射镜联动跟踪数学模型,对伺服控制器进行仿真。最后,搭建原理样机对跟踪性能进行测试。实验结果表明,系统能够对目标进行稳定跟踪,跟踪脱靶量精度优于83μrad,双镜联动精度优于26μrad,系统接收光功率显著提高。本文研究为实现空间一对多激光通信链路组网奠定了基础。     

临近空间相干激光通信链路外差效率分析

临近空间相干激光通信链路是天地一体化高速通信网络节点间连接的重要链路。围绕外差效率这一表征大气湍流扰动后信号光和本振光相干合成的指标,推导了非均匀湍流路径上的外差效率理论表达式,并结合大气折射率结构常数廓线,开展了临近空间-地面、临近空间-临近空间和临近空间-低轨卫星三类临近空间相干激光通信链路的外差效率仿真。仿真结果表明:临近空间-低轨卫星链路可以忽略大气对外差效率的影响;如果临近空间-临近空间链路距离大于500km或是临近空间-地面链路天顶角大于60°,外差效率将小于50%,有必要采用自适应光学技术进行补偿。     

基于退偏振比探测的大气激光通信

针对大气激光通信中多径散射效应产生的通信链路码间串扰问题,提出了一种基于退偏振比探测的大气激光通信传输方案。利用光子追迹和Stokes矢量变换进行了Monte Carlo仿真;通过设置不同的云层物理厚度和消光系数,得到接收光退偏振比与云层光学厚度的一一对应关系;基于Stotts公式,得到接收光退偏振比与平均脉冲时间展宽的对应关系。提出了在多径效应影响下的最佳通信传输速率方案,该方案在激光通信系统接收端直接进行退偏振比探测,可有效评估大气信道环境的多径强度,进而在保证激光通信传输质量的同时实现最大的通信传输速率。该研究在星地激光通信以及自适应激光通信的通信链路优化领域具有理论指导意义和应用价值。     

空间激光通信及其关键技术

通信领域中激光通信技术由于自身的优越性得到了广泛的应用。通过将空间激光通信与微波通信比较，介绍空间激光通信的优点：大容量、低功耗及体积小、质量轻等。叙述空间激光通信的基本原理。重点阐述空间激光通信系统大功率光源技术、高灵敏度抗干扰光信号接收技术、通信链路的快速及精确的捕获、跟踪和瞄准技术等关键技术。激光通信可广泛应用于军事、经济等各个领域，必将有广阔的发展前景。     

基于MIMO的无人机斜程激光通信性能分析北大核心CSCD

研究了大气湍流信道下无人机“空-地”斜程激光通信的下行链路单输入多输出(single input multiple output, SIMO)和上行链路多输入单输出(multiple input single output, MISO)技术。基于双伽马(Gamma-Gamma)分布的大气湍流模型,利用Meijer函数推导了大气湍流和指向误差联合影响下的SIMO下行链路误码率闭合表达式;利用α-μ分布建立了Gamma-Gamma湍流模型的MISO上行链路误码率性能近似表达式。系统研究了天线数、天顶角和指向误差对系统的影响,研究结果表明,空间分集技术可以有效改善系统的误码率性能,当束散角为500μrad、下行链路接收器和上行链路发射器为3时就可以得到超过10 dB的性能优化;天顶角对“空-地”斜程激光通信误码率性能影响显著,要达到系统误码率10-6的性能要求,天顶角需控制在30°左右的较小范围内。     

光学星间链路技术

通过卫星间直接通信实现数据中继是空间通信技术发展的一个重要方面。光学星间链路与传统的微波链路相比具有重量轻、体积小、功耗低等诸多优点,但在捕获和跟踪等方面也存在着巨大的困难。描述了光学星间链路的系统结构极其关键技术,包括通信收发机、捕获与跟踪、光源与探测器以及空间应用的一些特殊问题。介绍了国际上几个主要研究计划的进展情况,并对光学星间链路的发展前景进行了综述。     

机载激光通信链路中光场二阶特性的分析计算

为了评估大气湍流对机载激光通信系统的影响,理论分析和数值计算了机载激光通信链路中传输光场的二阶特性,包括接收光斑尺寸、光斑偏移量、光束相干半径、光束到达角起伏。计算结果表明:大气湍流对空间激光通信系统的影响主要在低空对流层,并随着机载平台高度的增加而降低。由于受到低空大折射率结构常数的影响,上行链路的接收光斑尺寸、光斑漂移量比下行链路大。下行链路光束到达角抖动比上行链路大,其值为若干rad。提出的模型及计算结果,可以为机载激光通信系统设计及性能评估提供参考。     

无线光链路快速同步技术

介绍了一种小型无线激光通信系统的硬件结构以及针对该硬件的物理层收发协议。具体阐述了该协议中采用的快速同步技术,该技术能够降低通信终端间同步过程中的带宽浪费。在硬件结构中,主要介绍了激光驱动系统、信号放大和整形系统以及信号接口。硬件相关的物理层协议主要用于外部信号接口、数据流的串行化和解串行化、传输错误在线检测以及传输调度。系统主要针对地基无线光通信设计,使用多相位采样技术在本地生成接收端的采样时钟,与基于PLL的时钟复原方法相比具有更快的同步速度,有效提高了无线光通信系统的带宽利用率,降低了通信误码率。     

卫星激光通信发展现状与趋势分析(特邀)

卫星激光通信凭借其宽带宽以及无电磁频谱约束等特点,成为解决卫星微波通信带宽瓶颈和缓减卫星频谱资源紧张,实现卫星高速通信的有效手段。本文介绍了卫星激光通信的系统组成及特点,分析了国内外卫星激光通信技术领域的发展脉络、最新研究进展和未来发展规划。结合未来空间网络与深空探测需求,从高速化、深空化、集成化、网络化、全光化五个方面总结了未来发展趋势,并对未来涉及的关键技术进行了讨论,为我国卫星激光通信技术研究提供借鉴和参考。     

空间光通信ATP系统的研究

自由空间光通信是以激光为载波,以大气为传输媒质的新型通信技术。捕获、跟踪、瞄准(ATP)子系统是自由空间光通信系统的关键技术之一。给出了空间光通信系统中ATP子系统的原理,对由共轴双检测法组成的ATP系统进行了研究,建立了共轴双检测ATP试验系统。结果表明采用共轴双检测ATP系统能够提高系统精度和稳定性,跟踪精度比复合控制ATP系统有了明显提高。     

基于综合光学调制技术的光纤无线双向通信系统设计

提出并研究了一种使用单光源的光纤无线双向传输系统.该系统只需在中心站配置一个可调谐激光器,以产生频率恒定的激光光源,通过综合光学调制（频率调制、强度调制）技术将基带信号调制到光载波上,最终形成60 GHz毫米波下行信号|同时,相同的光载波在基站被重用,作为上行链路传输光源.系统结合光载波重用技术和综合调制技术特点,合理利用资源,基站结构更为简化.仿真结果表明,该系统可以将速率达2.5 Gbit/s的数据在单模光纤中双向传输20 km,功率代价小于0.5 dB,相对已有的技术方案,该传输系统在传输功率、传输距离、传输性能方面具有明显优势.     

空间激光通信最新进展与发展趋势

空间激光通信凭借其带宽优势,成为未来高速空间通信不可或缺的有效手段,是近年来国际上的研究热点。本文详细介绍了美国、欧洲和日本在空间激光通信技术领域的最新研究进展和未来发展规划,总结了国内外空间激光通信演示计划的主要参数指标。通过对空间激光通信最新研究计划的分析,归纳出空间激光通信高速化、深空化、集成化、网络化、一体化5个发展趋势,以及需要突破的高阶调制、高灵敏度探测、多制式兼容、"一对多"通信等关键技术。为我国激光通信设备及相关研究提供借鉴和参考。     

频移键控无线光通信系统的Optisystem实验仿真

调制技术是无线激光通信中的关键技术之一.目前国内外无线激光通信所采用的调制方式多为强度调制或相位调制.对研究较少的频率调制系统进行了研究,分析了多普勒效应对系统的影响,借鉴光纤通信领域的最新研究成果提出了高速频移键控(FSK)无线光通信系统的方案设计,并使用Optisystem软件实现系统仿真,对激光器线宽、滤波器带宽...     

量子点红外探测器在空间光电系统中的应用

为了更好地开发和利用空间资源,各国竞相通过向空间发射卫星、空间站、航天飞机等航天器来建立探测站点和通信网络以占据具有最大优势的位置,其中空间光电系统在探索新资源方面起到关键的作用.点对点的距离远、空间辐射强、温差较大等空间环境因素严重影响着光电系统性能的发挥,也向空间光电系统的稳定性和可靠性提出了挑战.本文提出将具有较高的探测灵敏度、工作温度、抗辐射能力和响应带宽的新型量子点红外探测器应用于空间光电系统,阐述了量子点红外探测器的基本工作原理和优点,并讨论了量子点红外探测器在空间应用的技术要求,分析了其在空间的激光雷达、卫星光通信和成像或者非成像系统中的应用.     

光无线通信端机发射接收光学系统的设计

提出了一种新颖的光无线通信收发光学系统方案。该系统采用了多光束传输链路，提高了通信的容量、能量和可靠性。确定了系统的总体方案，并对其中光源、滤波器、作为合波装置的锥形光纤三个关键器件进行了设计，分析结果表明该方案是可行的。     

Analysis of queuing delay in optical space network on LEO satellite constellations

Low earth orbit (LEO) satellite constellations using laser inter-satellite links (ISLs) are recognized as a promising technology to provide global broadband network services. In this paper, the queuing delay model of an optical space network built on LEO satellite constellations is established. It is assumed that the optical space network employs wavelength division multiplexing ISLs with wavelength routing technology to communication satellites and makes routing decisions. With consideration of the network task characterizations such as distribution of task arrival time and task holding duration, simulation experiment results are analyzed and the expression of optical space network queuing delay is given. Both theoretical analysis and simulation results show that features of queuing delay vary with distribution characterizations of the network tasks. It is hoped that the study can be helpful to evaluate the design of constellation networking.     

采用多量子阱器件的无线光通信差拍接收方案研究

研究一种采用光折变多量子阱器件的无线光通信自差拍接收方案。与寻常相干接收方案相比,省去了中频跟踪电子系统;与量子阱器件零拍方案相比,采用中频窄带滤波器,提高了接收端机的输出信噪比。理论上研究了自差拍相干接收方案,从其物理机制出发,结合信噪比分析,探讨了影响相干接收方案的主要因素。建立了该方案的实验系统,并开展了有意义的实验研究。理论分析及实验结果表明,该方案对激光大气传输所引起的诸多不利影响皆有一定的抑制作用,因而有可能应用于卫星地面激光通信和地面无线光通信系统。