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。     

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。     

空间激光通信研究现状及发展趋势

综述了空间激光通信的技术优势,总结了国外主要空间激光通信系统运行计划和相应的参数指标,重点介绍了空间激光通信技术在美国、欧洲、日本的研究现状,给出了激光通信的关键技术。指出了未来的空间激光通信技术不仅会使通信速率越来越高,其通信模式也会从点对点单一通信模式向中继转发和构建空间激光通信网络方向发展。最后对我国空间激光通信技术的发展作了简要介绍。     

自由空间光通信APT系统仿真

高精度、宽带宽的激光捕获、对准和跟踪(APT)技术是自由空间激光通信的关键技术。简要的分析了APT系统的工作原理,建立了仿真的数学模型,利用Simulink语言,实现了卫星激光通信中APT过程的动态仿真,在此基础上设计了星际激光通信复合轴APT综合模拟实验系统。由该系统得出的有效抑制带宽为200～300Hz,经过粗、精两环抑制后的振动残差为1.2μrad,通过实验获得的数据与理论分析一致。仿真结果为系统的设计以及系统的可靠性提供了保证,为进一步发展空间激光通信技术提供了理论依据。     

空间激光通信发展概述

介绍了激光通信的基本过程和链路类型。着重调研了欧州空间局、美国、德国、日本以及国内激光通信的最新发展概况,给出了一些已成功应用的激光通信终端的详尽技术参数,如通信波长、通信距离、通信速度误码率、应用目的等,突出了每一种仪器的特点和优势,并对其光机结构进行了详细分析和展示。通过分析国内外的研究状况,指出激光通信面临的关键技术问题,以及未来激光通信发展的趋势和方向,为激光通信设备及其相关领域的研究提供了一定的参考。     

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。     

空间激光通信组网光学原理研究

随着高分辨率观测技术的发展和高数据率信息传输的迫切需求,研究高速率激光通信的组网技术迫在眉睫。分析了空间激光通信链路组网所需要满足的基本要求及其实现中必须解决的技术难点,提出了组网光学原理,同时研究了一种可用于多目标间同时进行激光通信的技术方案,设计了以旋转抛物面为基底的多反射镜拼接结构的光学天线、中继光学系统以及发射接收与捕获、跟踪和对准(APT)系统,为空间激光通信链路组网提供了新的技术途径。     

21世纪舰船光电技术展望

舰船光电技术将为未来海战场提供强有力的技术支撑,已成为各国竞相研发的重点。简要回顾了光电子技术的发展,立足光电技术发展前沿,结合当前战略热点和未来海战场的特点,针对未来海战场的战术技术需求,提出了全光侦察监视、全光警戒探测、全光导航、全光信息处理、光子信息弹药、智能光电蒙皮、光电隐身、激光通信与量子通信、激光光子站、激光天气武器等未来舰船光电技术及装备的重点发展方向。     

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.     

机载激光通信系统发展现状与趋势

本文首先介绍了激光通信的突出地位和重大成果,说明机载激光通信技术的先进性和重要性。然后阐明了机载激光通信系统的工作原理,说明进行机载激光通信研究的可行性。接着简要叙述了机载激光通信系统的发展历史和国内外研究现状,重点对其性能指标和技术特点进行了分析。在此基础上,提出了机载激光通信的关键技术,并指出其应用前景和发展趋势。在不久的未来,机载激光通信将会成为信息化战争必不可少的通信手段。     

Analysis of telescope array receivers for deep-space inter-planetary optical communication link between Earth and Mars

Optical communication technology shows promising prospects to fulfill the large bandwidth communication requirements of future deep-space exploration missions that are launched by NASA and various other international space agencies. At Earth, a telescope with a large aperture diameter is required to capture very weak optical signals that are transmitted from distant planets and to support large bandwidth communication link. A single large telescope has the limitations of cost, single point failure in case of malfunction, difficulty in manufacturing high quality optics, maintenance, and trouble in providing communication operations when transmitting spacecraft is close to the Sun. An array of relatively smaller-sized telescopes electrically connected to form an aggregate aperture area equivalent to a single large telescope is a viable alternative to a monolithic gigantic aperture. In this paper, we present the design concept and analysis of telescope array receivers for an optical communication link between Earth and Mars. Pulse-position modulation (PPM) is used at the transmitter end and photon-counting detectors along with the direct-detection technique are employed at each telescope element in the array. We also present the optimization of various system parameters, such as detector size (i.e., receiver field of view), PPM slot width, and the PPM order M, to mitigate the atmospheric turbulence and background noise effects, and to maximize the communication system performance. The performance of different array architectures is evaluated through analytical techniques and Monte-Carlo simulations for a broad range of operational scenarios, such as, Earth-Mars conjunction, Earth-Mars opposition, and different background and turbulence conditions. It is shown that the performance of the telescope array-based receiver is equivalent to a single large telescope; and as compared to current RF technology, telescope array-based optical receivers can provide several orders of magnitude greater data rates for deep-space communication with Mars.     

自由空间光通信技术的研究现状和发展方向综述

自由空间光通信是以激光作为信息载体,是一种不需要任何有线信道作为传输媒介的通信方式。它结合了微波通信和光纤通信的优势,具有速率高、功耗低、机动性强等特点,在卫星通信、本地宽带接入和军事通信领域都具有极大的发展潜力。介绍了欧美发达国家在自由空间光通信方面的研究现状,并分析了它们的关键技术。指出了自由空间光通信的发展趋势。     

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...     

空间激光跟瞄中指向驱动电机运动特性研究

设计了一种深空非合作目标的激光扫描、捕获、跟踪地面实验装置,通过模拟深空同轨道运动的两颗卫星跟瞄过程,在理论上计算了跟瞄装置中光束指向驱动电机的最小加速度和其在跟踪过程中的运动特性。理论分析与仿真结果表明,当卫星偏离光斑中心一定距离时,指向驱动电机先加速后减速,补偿这个偏心,重新捕获跟踪卫星;重新捕获到跟踪所需时间受电机加速度和望远镜探测精度以及探测器响应处理时间影响,其中探测器精度对重新捕获到跟踪所需时间影响较大,探测器响应处理时间要减小到最小;为了使从捕获到跟踪过程中卫星始终在扫描光斑范围内,经纬仪驱动电机的最小角加速度为25.5°/s2。     

Ka频段飞行器测控与通信系统设计

传统基于S频段的统一载波测控系统受工作频率低、频带窄的特点限制,无法满足各类飞行器测控与通信系统对高速数传、宽带扩频、克服“黑障”、抗干扰等方面日益增长的需求,给系统设计带来了新的挑战。本文提出一种基于Ka频段直接序列扩频通信体制的实现遥测、外测、遥控等功能的飞行器测控与通信系统,给出了系统架构及主要设备组成,同时对地面测试方案进行了介绍。该系统具备体积小、频带宽、扩展性好等特点,可用于未来空间飞行器特别是小型化、大容量飞行器设计。     

基于双音外差的电光相位调制器半波电压自校准测量方法

电光相位调制器是光纤通信系统、微波光子系统和相干光通信系统中的关键器件之一. 作为器件本征参数, 电光相位调制器的半波电压通常利用光谱方法和电谱方法进行测量. 光谱方法受到光源线宽和光谱仪分辨率限制, 测量的分辨率较低; 电谱方法则需要光电检测之前将相位调制转换成强度调制, 电谱方法的主要困难在于需要对探测器的不平坦响应进行额外校准. 提出了利用双音外差实现电光相位调制器半波电压自校准测量新方法, 该方法利用双音电光相位调制的边带与移频光载波的外差拍频, 对外差拍频信号进行频谱分析, 获得电光相位调制器的半波电压; 通过设定双音调制信号的频率关系, 克服了探测器光电转换中的不平坦频率响应, 实现了自校准测量. 该方法可扩展探测器和频谱仪的测试频率两倍以上, 节省至少一半的带宽需求. 与光谱测量方法相比, 该方法测试分辨率大幅提高且避免了光源线宽的影响; 与传统电域测量方法相比, 该方法无须额外校准, 无驱动功率和工作波长限制, 且对测试仪器带宽需求降低一半以上. 实验证实了所提方法获得的电光相位调制器半波电压的测量结果与光谱分析法获得的结果一致, 且大幅度地提高了测量范围和分辨率. 该方法提供了非常简单的电光相位调制器微波特性化分析方法, 对其他光电子器件分析也提供了参考.     

Experimental determination and comparison of rain attenuation in free space optic link operating at 532 nm and 655 nm wavelength

The demand for high data rate, security and reliable communication is driving the development of free space optic communication (FSO) technology. The atmospheric effects such as scintillation, absorption and scattering severely affect the availability and range of the FSO system. The atmospheric rain absorbs and scatters the laser beam energy resulting in attenuation of the propagating signal. Initial development of FSO technology primarily used wavelength from infrared spectrum. In the recent years, the interest in visible light carrier for FSO applications is consistently increasing. In this paper, the effect of rain over two optical wavelengths from the visible spectrum i.e. 532 nm and 655 nm has been experimentally evaluated and results for the specific rain attenuation at 532 nm and 655 nm wavelengths have been compared.