空-地激光通信链路总体设计思路及重要概念研究

在介绍空 地激光通信链路总体设计思路的基础上对设计过程中涉及的“通信链路设计指标分配”、“大气信道对总体设计的影响分析”、“通信子系统设计”、“光束的捕 获、对准、跟踪(acquisition,pointing and tracking APT)子系统设计”、“光学系统设计”等内容中的重要概念进行了研究。对空 地激光通信链路总体设计思路及重要概念 进行研究，有助于我们做好空 地激光通信系统的总体设计工作，对实现空 地激光通信具有非常重要的意义。     

光通信 激光通信

TN929.12006010665空-地激光通信链路总体设计思路及重要概念研究=Re-search of the design method and some i mportant conceptsfor space-to-ground optical communication[刊,中]/李晓峰(电子科技大学物理电子学院.四川,成都(610054)),胡渝∥应用光学.—2005,26(6).—57-62在介绍空-地激光通信链路总体设计思路的基础上,对设计过程中涉及的“通信链路设计指标分配”、“大气信道对总体设计的影响分析”、“通信子系统设计”、“光束的捕获、对准、跟踪(acquisition,pointing and tracking-APT)子系统设计”、“光学系统设计”等内容…     

大气信道对空-地光通信的影响分析

大气随机信道对激光传输性能的影响是制约空-地激光通信的重要因素之一，因此开展对大气信道的研究对实现空-地激光通信具有非常重要的意义。对激光在大气中传输特性的研究，有助于了解激光通过大气信道传输时所产生变化的特征、规律和在空-地激光通信系统设计中寻找到合理的解决方案并很好地修正、补偿其对通信链路的影响。本文对激光在大气信道中的基本传输特性及大气随机信道对激光通信的影响进行了研究，同时提出了一些相应的解决途径。     

激光通信

研究了星间激光通信中不同波长光放大器的应用方案,提出并分析了对应的应用技术难点。对激光在大气中传输特性的研究,有助于了解激光通过大气信道传输时所产生变化的特征、规律和在空一地激光通信系统设计中寻找到合理的解决方案并很好地修正、补偿其对通信链路的影响。对激光在大气信道中的基本     

激光在准球形边界卷云中传输的衰减和透过特性

高空卷云主要由各种不同形状的冰晶粒子组成,是地空链路上激光信号传输的重要影响因素。依据高空卷云中冰晶粒子的分布特征和散射特性,采用C版本的离散纵标法（CDISORT）,充分考虑地球球形曲率及云层冰晶粒子多次散射影响因素,研究准球形边界云层的激光透过率和衰减特性,并比较了太阳天顶角不同时平面平行模式和准球面模式下卷云大气激光透过率的差异,数值计算了三种激光波长（0.65,1.06和3.8 μm）在卷云中传输时的衰减和透过特性。计算结果表明：较小太阳天顶角（小于80°）入射时,两种模式下卷云大气激光透过率相对误差很小,其中0.65 μm激光波长入射时两种模式下的相对误差仅为1.72%,较大太阳天顶角（大于80°）入射时,两种模式下卷云大气激光透过率相对误差明显增大,0.65 μm激光波长入射时两种模式下的相对误差最大达到69%;卷云粒子单次散射时,激光在云层的衰减与卷云粒子有效半径、传输距离、光学厚度及激光波长等因素有关,随光学厚度的增加,云层的激光透过率减少,1.06 μm激光波长入射时透过率最大,3.8 μm激光波长入射时透过率最小;0.65和1.06 μm激光波长入射时,随云层粒子有效半径的增加激光透过率逐渐增加,而3.8 μm波长激光,随云层粒子有效半径的增加激光透过率逐渐减少,随相对方位角的增加,云层的激光透过率减少,且不同卷云传输模型对激光透过率也存在不同的影响。该研究工作将为开展地空链路星载、机载激光通信、激光雷达探测等工程系统中的激光信号云层传输特性的应用提供理论支持,同时也可进一步拓展为地空链路激光遥感、制导和预警等应用提供预先理论研究基础。     

光通信 激光通信

TN929．1 2005021451 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=Background light and atmospheric tur- bulence affecting the choice of space-to-ground laser com- munications links and communication time period program [刊,中]／李晓峰(电子科技大学物理电子学院．四川,成都 (610054)),胡渝//激光杂志．-2004,25(4)．-61-63 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     

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。     

月地光通信的链路设计(英文)

光通信技术可以满足未来深空探测对较大带宽的需求,因此光通信技术具有很好的应用前景.本文主要对月地光通信的链路进行了设计,从而实现月地通信链路中数据的大容量传输.首先,文中对月地光通信系统链路中主要参数设计进行仿真分析,主要包括信号光的接收功率、链路容量,以及收发天线增益和信息空间损耗的近似计算.另外还对脉冲位置调制下的信息传输效率和带宽利用率进行了仿真分析.结果表明,收发天线的直径和信息帧的时隙数对通信的影响较大,在通信的过程中需要对其进行优化设计,并且光源波长的选择也要合理.因此,本文的研究对实际的月地光通信链路设计具有一定的理论指导意义.     

光通信 激光通信

TN929.1 2004053821 空-地激光通信链路地面站选址大气信道传输因素研究=Research of atmospheric channel propagational factors affecring the placing of space-to-ground optic communication link ground station[刊,中]/李晓峰(电子科技大学物理电子学院,四川,成都(610064)),胡渝∥宇航学报。—2003,24(5),—534-537     

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。     

Space-to-Ground Quantum Key Distribution Using a Small-Sized Payload on Tiangong-2 Space Lab

Quantum technology establishes a foundation for secure communication via quantum key distribution(QKD). In the last two decades, the rapid development of QKD makes a global quantum communication network feasible. In order to construct this network, it is economical to consider small-sized and low-cost QKD payloads, which can be assembled on satellites with different sizes, such as space stations. Here we report an experimental demonstration of space-to-ground QKD using a small-sized payload, from Tiangong-2 space lab to Nanshan ground station. The 57.9-kg payload integrates a tracking system, a QKD transmitter along with modules for synchronization, and a laser communication transmitter. In the space lab,a 50 MHz vacuum+weak decoy-state optical source is sent through a reflective telescope with an aperture of 200 mm. On the ground station, a telescope with an aperture of 1200 mm collects the signal photons. A stable and high-transmittance communication channel is set up with a high-precision bidirectional tracking system, a polarization compensation module, and a synchronization system.When the quantum link is successfully established,we obtain a key rate over 100 bps with a communication distance up to 719 km. Together with our recent development of QKD in daylight,the present demonstration paves the way towards a practical satellite-constellation-based global quantum secure network with small-sized QKD payloads.     

镜面热变形对空地激光通信链路性能的影响

 低轨卫星在轨运行热环境条件下，不能有效释放热应力的反射镜面将产生热变形，镜面法向偏转可达百μrad量级；经其反射的光束将产生较大的指向偏差，严重影响空地激光通信链路的系统性能。对空地激光通信星上端机目前常用的压板法镜体固定方式进行的分析表明：镜体释放热应力后的法向角度偏差可减小近3个数量级，对由于热变形带来的光束指向偏差能进行很好地抑制，减轻对系统性能的影响。     

高速空间激光通信系统在空天信息网中的应用

 针对高速空间激光通信系统应用时面临的主要问题：节点高速运动的跟踪瞄准和与组网载荷协同工作,提出将高速空间激光通信系统作为节点主要通信载荷的双通信载荷结构,并设计了高速空间激光通信系统与组网载荷协同工作机制和协议模型,依据协议模型进行了原理样机开发与试验。试验结果表明,提出的协同工作机制与协议模型能很好地适用于高速空间激光系统,支持超高速率数据传输,最高MAC层协议数据速率可达1.772 Gb/s,平均处理时延20 μs。     

大气湍流对光学系统图像分辨力的影响

讨论了大气湍流对空 地和地 空光学系统图像分辨力的影响。大气相关长度r0是评定大气湍流是否影响光学系统图像分辨力的主要依据。采用不同的大气湍流模型,通过计算相关长度得到了大气湍流对系统图像分辨力的影响,并对空 地与地 空系统的大气相关长度进行了计算比较。结果表明:对空 地观测系统来说,大气相关长度是大气层高度和反映大气湍流特征的C2n的函数。而对地 空观测系统来说,大气相关长度与高度几乎无关。分析了大气湍流对机载和星载光学遥感系统成像分辨力的影响。     

星地激光链路中光束发散角与跟瞄误差的最佳比值

 实际星地光通信系统的发射光束为高斯型的情况下，跟瞄误差和大气闪烁是星地激光链路中的主要信道噪声源。在结合两者对系统性能影响的前提下，对星地激光通信链路进行了理论分析和模型建立。基于该模型对星地激光链路中光束发散角与跟瞄误差之比的优化选择问题进行了研究。结果表明：对于上行链路，在不同误码率需求下都存在一个光束发散角与跟瞄误差的最佳比值，使得上行链路余量最大；对于下行链路，在不同误码率要求下均存在一个光束发散角与跟瞄误差的最佳比值，使得下行发射光功率的需求最小。利用最优化方法和最小二乘法拟合，得到星地激光链路中光束发散角与跟瞄误差的最佳比值和系统误码率的经验公式。     

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。     

雾对大气激光通信系统的影响及克服方法

分析了雾产生的原因、相关数学模型及其对大气激光通信系统的影响.为了克服雾对无线光通信链路的影响,将LDPC码作为信道编码应用到大气激光通信系统中,并结合置信传播迭代译码算法和副载波PSK强度调制方案,在有雾的大气信道中进行了仿真.仿真结果表明:LDPC码具有优越的纠错能力,并获得了较大的编码增益,该方案可以满足大气激光通信系统的需要.     

雾对大气激光通信系统的影响及克服方法

分析了雾产生的原因、相关数学模型及其对大气激光通信系统的影响.为了克服雾对无线光通信链路的影响,将LDPC码作为信道编码应用到大气激光通信系统中,并结合置信传播迭代译码算法和副载波PSK强度调制方案,在有雾的大气信道中进行了仿真.仿真结果表明：LDPC码具有优越的纠错能力,并获得了较大的编码增益,该方案可以满足大气激光通信系统的需要.     

卫星激光通信跟瞄精度测试方法及其实验研究

卫星激光通信捕获、跟踪、瞄准(ATP)需要端机具备有微弧度(μrad)量级的高精度跟踪能力。如何检验通信端机的这一特性是一个很重要的问题。设计了一套端机跟瞄精度测试装置。装置模拟入射光方向的偏转,端机跟踪从偏转方向发出的回馈信标光。通过测量回馈光远场光斑的位置变化可以得到端机的跟瞄精度。测试实验表明,当入射光方向的变化小于4μrad,测试频率在0~250Hz时,测试系统的精度可达到0.2μrad。此项工作对卫星激光通信的光链路通信的研究以及对端机性能的整体评估具有重要意义。