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。     

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。     

激光通信原理和技术

激光,是20世纪人类科学最伟大的成就之一。激光一词,来源于英文laser,意即受激辐射光放大。借助于“光泵”,使激活介质的粒子吸收能量后跃迁到高能态,以实现粒子数分布的     

空间激光通信系统动态跟瞄参数测试方法研究

跟瞄精度是空间激光通信系统捕获、跟踪和瞄准(acquisition,tracking and pointing, ATP)分系统的重要指标参数之一,其准确测量是评估空间激光通信系统远距离通信性能的关键。介绍了空间激光通信系统ATP分系统跟瞄精度的测试方法,设计了一种基于平行光管法的空间激光通信系统动态瞄参数测量装置,分析和讨论了影响动态跟瞄精度测量不确定度的因素。试验表明,该测量装置在100 Hz振动频率条件下,ATP分系统稳定精度测量不确定度达到1.9 μrad(k=2),可用于空间激光通信系统ATP分系统跟瞄参数检测以及远距离激光通信性能评估。     

空间激光通信中湍流信道光束传输仿真

对大气光信道特性的研究是空间激光通信研究的重要组成部分。首先以大气湍流理论为基础,阐述了激光在大气中传输时受到的大气湍流的影响和分析方法。接着重点对近年来应用日益广泛的空间激光通信的数值仿真方法进行了综述。不仅介绍了基本传输方程及其求解方法,还对采用数值方法模拟光波在随机介质中传播的若干关键技术进行了分析。最后结合现有的研究成果,说明了数值方法在空间激光通信中的应用。     

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。     

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。     

大气湍流对空间激光通信跟踪系统的影响

基于大气信道内的空间激光通信演示验证实验,对系统光斑跟踪精度的影响因素进行了分析,研究了大气湍流对光斑跟踪精度的影响,建立了光斑质心检测模型,设计了一套信标光光斑粗精复合跟踪系统.搭建了室内测试实验系统,完成了大气湍流对光斑跟踪精度影响的测量,结果表明在中弱湍流时,跟踪精度随湍流增大有近似线性关系,系统整体跟踪精度在5~15μrad之间,可较好地完成光斑跟踪功能.在野外环境开展的飞机-飞机激光通信演示实验中,对伺服系统的跟踪性能及跟踪精度进行实际测量,整体跟踪精度不大于15μrad,与室内实验测试系统基本一致.     

用于空间激光通信系统的近红外分色片设计与研制

介绍了一种1530nm透射、1560nm反射和45°工作列近红外分色片的设计与制备方法。选择Ta2O5和SiO2两种光学薄膜材料,采用多谐振腔法布里-珀罗(F-P)窄带滤光片结构作为初始膜系,并选择4H作为谐振腔的间隔层进行消偏振设计,实现分色片透、反射过渡区域的压缩。采用电子束蒸发加离子辅助沉积技术,并应用光学极值法监控各膜层厚度,实现分色片多层膜的制备。利用分光光度计对分色片的光谱进行了分析测试,结果表明研制出的分色片在工作波长的光学能量传递效率高于92%,适用于空间激光通信系统中不同波长信号的分离与高效传递。     

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。     

星间激光通讯中的精跟踪研究

星间激光通讯中，精跟踪起着十分重要的作用，而精密偏转镜(FSM)是精跟踪系统中最为关键的部件.基于光学矢量反射定律，推导得到了FSM的精确光学特性，这一特性为精跟踪控制系统提供了精确的理论依据.设计了基于FSM精确光学特性的精跟踪控制系统，对系统整定所用的单纯形法进行了两点重要改进，并对所设计的精跟踪系统进行了数字模拟，由此实现了对FSM的精确控制，提高了精跟踪系统的精确性；将光学衍射超分辨原理应用到星间激光通讯中.利用三区位相光瞳滤波器的超分辨性能，改变光学系统的点扩散函数，从而改变接收端焦平面上的光强分布.由此减小接收衍射光斑的大小，提高系统的光学分辨能力，从而提高精跟踪系统的精确性. 关键词： 星间激光通讯 精跟踪 精密偏转镜(FSM) 超分辨 光瞳滤波器     

激光调制和激光通信原理的演示

给出了一种演示激光调制和激光通信原理的电路设计。     

光斑偏移对空间激光通信系统性能的影响

为了评估大气湍流、通信平台振动和校装误差等因素引起的光斑偏移现象对空间激光通信系统通信性能的影响,理论计算和实验测量了空间激光通信系统中APD光电转换后的电信号幅值随会聚信号光斑和光电探测器光敏面之间的横向位移、以及探测平面和透镜焦平面之间的离焦量的变化关系,同时给出了系统误码率、信噪比、抖动与相偏移量之间的实测曲线。结果表明,空间激光通信系统性能随横向位移以及离焦量的增加而急剧恶化,且横向位移的影响远大于前后离焦的影响。在实验参数条件下,当系统误码率从10-10变化到10-5时,允许系统横向位移和离焦量分别为0.03和1 mm。     

Design of data communication and management system for ground test and verification devices of space laser communication

Verification of a space laser communication system's parts or of component-level, terminal-level, and system-level performance using ground test and verification devices on the ground before launch is vital. In this paper, a data communication and management system is proposed, which is an important part of the ground test and verification devices system and manages the test process and impacts on the measurement results directly. We improved the existing hardware buses to make up the hardware part, and also designed the software part. Several typical tests were performed, and the results show that the maximum time delay is less than 50 ms. The developed data communication and management system is demonstrated to be a high-performance system which can meet the requirements in our project.     

激光全息技术的应用及发展趋势的研究

举例介绍了激光全息技术在几个学科和产业领域的应用现状,分析了几个应用实例中的突出优点和存在的问题,讨论了几个学科领域激光全息技术的发展趋势。结论表明:随着激光全息技术不断与其它学科技术,尤其是其它学科最新技术的交叉和综合运用,激光全息技术的应用前景是很大的。目的是明确激光全息技术的发展方向,不断推动激光全息技术的发展和应用。