深空激光通信发展现状与趋势分析(封面文章·特邀)

深空探测是人类探索宇宙和理解宇宙的基础,是科学研究的前沿领域之一。深空通信是横跨星际的信息之桥,将遥远的深空航天器与地球连接在一起,是指引深空探测任务顺利完成的路标。以激光为载波的通信系统具有通信速率高、体积小和质量轻等特点,已成为深空通信未来发展的主要方向,也成为国际上近年来的研究热点。文中归纳了深空激光通信技术的特点,详细介绍了国内外深空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,并分析了深空激光通信的发展趋势,归纳出涉及到的关键技术,最后进行了总结与展望。为我国深空激光通信和星际激光通信网的发展提供一定的借鉴和参考。

卫星光通信粗瞄系统非线性摩擦的神经网络补偿

为克服摩擦对卫星光通信(IOC)瞄准捕获跟踪(PAT)粗瞄子系统的精度控制的影响,首先利用PD控制器以获得稳定的轨迹;再用一种扩展的神经网络结构在线逼近摩擦函数,对摩擦力矩进行补偿;在此基础上,利用传统单层神经网络和自适应的鲁棒项消除神经网络的逼近误差及外部扰动。最后用李亚普诺夫函数方法证明在本文的控制策略下,可以保证系统的渐近稳定性和参数的有界性。

空间光通信卫星平台振动实时模拟

根据SILEX和Landsat平台振动功率谱设计滤波器的幅频响应,通过滤波器对高斯白噪声进行滤波来模拟生成平台振动信号。用Matlab的Real-Time Windows Target把滤波器的Simulink仿真模型转换为实时程序。把程序模拟生成的方位和俯仰振动信号分别输出给两个正交放置的摆镜,通过摆镜的摆动来模拟平台振动对激光束光轴方向的影响。通过使用CCD对激光光斑脱靶量进行实时检测并分析脱靶量功率谱,验证了模拟结果的可信度。

微小卫星激光通信系统发展现状与趋势

空间激光通信凭借其速率高、体积小、质量轻和功耗低的优势,成为卫星间高速通信不可或缺的有效手段,特别在微小卫星应用场合,更能体现激光通信的优势。文章详细介绍了微小卫星激光通信技术领域最新的研究进展。在此基础上,总结了需要突破的同轨终端轻小型化、异轨终端轻小型化、大气湍流影响抑制等关键技术,归纳了工程化应用、双工通信、单点对多点、国产化和批产能力5个方面的发展趋势。

卫星光通信光学天线轴间距的精确调试

卫星光通信系统的光学天线由物镜和目镜构成,两者在光轴方向的间距对系统的发射和接收性能有重要影响。轴间距通常由干涉仪确定,但干涉仪与光学天线的工作波长不同时会引起镜头组焦距变化,导致物镜和目镜的轴间距存在偏差。为了能利用单波长干涉仪精确调试物镜和目镜的轴间距,本文根据光学天线在干涉测量装置中的程函方程,研究了因波长差异引起的物镜和目镜的轴间距变化量与干涉条纹变化量的相应关系,并据此提出一种能精确调试光学天线物目镜轴间距的方法。提出了几种检验该方法有效性的验证方案,包括实验验证和计算机仿真验证两大类。基于计算机仿真的验证结果表明,卡塞格伦反射式光学天线和透射式光学天线轴间距模拟调试误差分别<15%和<3%,仿真误差满足使用要求。

卫星光通信中空间辐射对EDFA性能的影响分析

由于光纤类器件对于辐射十分敏感,考虑到卫星光通信特定的辐射环境,要想采用地面已非常成熟的外调制技术,必须分析外调制技术中的核心器件EDFA在其中的可行性。采用60Co作为辐射源,国内首次对ED-FA及其内部重要组件隔离器和WDM耦合器进行了高剂量轨道和低剂量轨道辐照模拟实验,实验结果表明在总剂量为5krad的低剂量辐照情况下,EDFA在-2dBm的输入时,输出功率由辐照前的14.3dBm下降到14dBm,其它各组件的性能变化不是很大,可以直接使用,而在总剂量为1000krad的高剂量辐照情况下,输出功率下降到-25.3dBm,耦合器也产生了大约8dB的损耗,由于其性能下降明显,若在此种环境下使用,需考虑做空间辐射防护。

卫星光通信终端二维转台运动参量对天线指向影响研究

二维转台与卫星平台间的耦合运动,是影响卫星光通信终端天线指向控制的重要因素。在耦合动力学模型基础上,研究了二维转台不同运动参量对光通信终端天线指向偏差的影响。分析结果表明:在耦合动力学环境下,光束指向偏差随二维转台转动成规律性变化;当方位轴、俯仰轴转角θh、θv分别为(π,0)、(-π,0)时,指向偏差出现最大值;随二维转台转动时间的增加,天线指向偏差略有增加,转动时间由10s增加到1000s时增幅仅为1%。其结果为补偿耦合运动影响,保证天线指向控制精度,提高卫星光通信终端星上应用的稳定性打下基础。

空间环境对卫星光通信系统的影响因素分析

分析了空间环境对卫星光通信系统的主要影响因素,包括高能带电粒子辐射、背景光辐照、等离子体辐射等环境。对不同轨道卫星和光通信终端主要器件造成的影响进行了详细的分析。这些影响因素对卫星光通信系统的故障处理及在轨运行保障具有重要的参考价值,通过控制、抑制空间环境影响因素,可以提高卫星光通信系统的性能及其系统稳定性。

卫星光通信中耦合运动对光信号跟踪影响分析

光通信终端与卫星平台的耦合运动是影响卫星光通信系统光信号跟踪性能的重要因素。以铱星系统星间链路为例,建立了卫星光通信终端与卫星平台相互耦合运动的数学模型,并进行了数值仿真。理论分析及仿真结果表明:卫星光通信终端与卫星平台相互耦合运动使系统粗跟踪误差增大,方位轴、俯仰轴最大误差分别为94μrad和98μrad,超过精瞄系统补偿范围。为确保星间激光链路通信性能,提出了光束粗跟踪控制补偿算法,并进行了相应的仿真实验,仿真结果表明:补偿后的控制算法将方位轴、俯仰轴最大跟踪误差降低为37μrad和41μrad,符合精瞄系统补偿要求,保证了系统跟踪性能。该结果对今后小卫星星座激光组网具有一定的指导意义。

基于光探测器空间辐射效应的卫星光通信系统误码率特性

通过对空间辐射环境中PIN光探测器损伤机理的分析,得到了光电流与暗电流在辐照条件下的变化规律.在此基础上,建立了基于PIN光探测器空间辐射效应的卫星光通信系统误码率模型.仿真得出,辐照强度约为5×104 Gy和8×104 Gy时,50MeV质子和10MeV质子辐照条件下的系统误码率先后达到10-6;在5×105 Gy^6×105 Gy范围内,电子与Gamma射线辐照下的误码率亦达到10-6.结合系统误码率的损伤机理,进一步研究了判决阈值对误码率的影响.结果表明,辐照强度为1MGy时,判决阈值由4.3×10-7 A上升至5.5×10-7 A,能够使误码率降低近3个量级.因此,适当选取判决阈值能够有效的改善系统误码率情况.

卫星光通信技术发展及其影响因素分析

论述了卫星光通信技术目前的发展状况、研究意义、技术应用背景和发展趋势,分析了各国卫星光通信技术发展及研究状况,为我国卫星光通信技术的发展提供了一定的借鉴;阐述了空间环境对卫星光信息传输的影响问题,并分析了进行空间环境对卫星光通信器件和终端性能的影响因素,论述了进行研究的必要性。

潜望镜式卫星光通信终端的CCD粗跟踪

由于轻小型卫星光通信系统中潜望镜的光学结构随粗瞄机构姿态变化而发生改变,使得相应的跟踪算法变得较为复杂,本文对潜望镜式星间激光通信终端粗跟踪算法进行研究以提高粗瞄机构的跟踪精度。利用矩阵光学方法,建立了潜望镜式光通信终端中光学器件的矩阵模型,在获得CCD测角模型后,推导了基于CCD测角的粗瞄装置自动跟踪算法模型,实现了潜望镜式光通信终端粗瞄装置对目标光束的快速跟踪,并对模型进行了相应的实验验证。实验结果表明,该CCD测角跟踪模型正确地反应了实际终端中的光学传递关系,能够正确地对CCD图像位置信号进行处理并获得稳定跟踪角度,平均跟踪精度优于10μrad,满足卫星激光通信中稳定可靠、高精度粗跟踪的要求。本文提出的方法对类似的光学系统具有借鉴意义。

基于Mach-Zehnder干涉仪的编队卫星光通信多址接入性能研究

随着小卫星技术的蓬勃发展和空间激光通信的成熟,编队卫星激光通信以其机动,灵活,容量大,抗干扰能力强和低成本等优点而成为国际航空航天,特别是军事领域的研究热点。提出了编队卫星群对地通信模型,系统利用Mach-Zehnder干涉仪两臂时延差分别在发送端和接收端进行编解码。建立了光场干扰数学模型,以相互独立光场为基础,研究了在大气弱抖动条件下接收光场和干扰噪声,推导出了系统的信噪比(SNR)和误码率(BER)公式。最后,通过仿真计算对这一模型进行验证和性能分析,结果表明该模型在卫星个数较少时具有一定的工程应用价值。

小卫星编队光通信系统设计

根据小卫星编队的特点,针对特定编队进行了模型仿真。分析了卫星平台振动对系统编队小卫星间光通信链路的影响,以此为根据对光通信链路进行了预算。提出了比较实用有效的编队小卫星间通信的系统设计。

卫星光通信系统及其发展

本文首先介绍了卫星光通信系统的组成，然后重点介绍了其关键技术。

卫星光通信系统中单粒子翻转计算方法研究

高能带电粒子造成的单粒子翻转是影响卫星光通信系统性能的重要因素,给出了单粒子翻转的物理机制及主要研究方法。利用OMERE 3.4软件对星载CMOS 2164器件进行了单粒子翻转率计算,结果表明,通过对轨道倾角和轨道高度的优化设计可以有效减小卫星光通信系统中电子器件的单粒子翻转率。为了有效克服单粒子辐射效应,除了简单的增加屏蔽层厚度等防护方法外,还应考虑通过电子器件的选择来提高抗辐射性能。

空间环境对卫星光通信系统光学器件的影响

依据卫星光通信系统的组成及空间辐射环境,给出了空间环境的两个主要效应:总剂量效应(TID)和置换损伤效应(DDD)。分析了空间辐照环境对卫星光通信系统主要光学器件性能参数的影响,主要包括石英光纤、掺铒光纤放大器(EDFA)、量子阱激光器(QWLD)、CCD、PIN硅光电二极管,并提出了相应的抗辐射防护措施,为卫星光通信系统的实际应用提供了理论基础。

卫星光通信研究进展及趋势

全面介绍了卫星光通信的研究状况、发展过程以及发展趋势．分析比较了典型卫星光通信终端的参数，并对本世纪对卫星光通信的商业需求情况作了分析，最后讨论将来的需求背景。

自由空间中卫星激光通信

由于具有高速率、大容量、高保密性能的特点,自由空间激光通信成为空间通信中的一个重要发展方向。介绍了自由空间卫星激光通信系统的组成。在详细分析自由空间卫星激光通信系统工作原理的基础上,提出了发展自由空间卫星激光通信的几项关键技术。最后介绍了国内外空间激光通信的研究现状及发展动态。

一种新型的双光束扫描卫星光通信捕获技术

提出了一种基于双光束扫描的卫星光通信捕获技术。使用两束信标光同时对目标卫星所在的不确定区进行扫描,目标卫星在探测到信标光后利用无线电信号向主动方卫星发送应答信号。通过对应答信号所携带信息的计算分析,最终确定目标卫星所在位置,实现捕获。数值仿真计算表明,该方法比传统方法扫描效率提高90%左右。