Application Research on Space Laser Communication in Bistatic Radar System

There exist three synchronizing problems in the bistatic radar system that some signals of the radar receiver must be synchronized with those of the radar transmitter. Several methods realizing data transmission, which are used to complete the synchronization existing in the bistatic radar system, are described. Then a new idea is brought forward that employs space laser communication in the bistatic radar system to realize its data transmission. The theoretic analysis of the idea's usability and its merits are discussed in details. Finally the latest development of space laser communication is introduced, and the utility of the idea is pointed out further.

基于大数据的激光通信光纤时延波动测量仿真

空间激光通信光纤的传输频带宽、距离远且通信容量大,但是易受环境温度和激光器波长影响出现时延波动问题。为解决以上问题,提出基于大数据的空间激光通信光纤时延波动测量方法。构建光载波传输模型,分析光纤时延波动的影响因素。采用大数据技术测量时延波动,获得其初始测量值,通过卡尔曼滤波方法处理并提高测量值的精度,完成空间激光通信光纤时延波动的精准测量。实验结果表明,空间激光通信光纤距离不断增加时,时延波动量不断增大,研究方法测量结果与实际值具有较高拟合度,且对时延波动的跟踪精度高,不确定度保持在10ps以内。

激光无线能量传输远场大光斑测试技术

无线能量传输系统作为空间太阳能电站的一个关键部分,其性能直接决定了空间太阳能电站技术的可行性。特别对于激光无线能量传输系统,准确测量激光远场光斑分布是分析和评价激光无线能量传输系统性能的有效手段。针对太阳能发电卫星轨道高、激光传输距离远、接收激光光斑面积大,并且受大气影响,光斑抖动严重,光斑能量分布以及光斑形状测量困难的问题,文章提出了基于光能探测器阵列的大面积激光光斑测试方法,采用光斑分布式测量及能量分布重构方法,完成激光无线能量传输系统远场光斑的测试,具有分布式测量,可灵活布局的特点,通过反演算法能够实现光斑能量密度分布重构,接收激光功率积分求解,光束发散角计算等,功能多样,适应能力强,为激光无线能量传输系统载荷的参数修订,以及在轨飞行任务的评价提供有效依据。

基于空间激光通信的离轴盘式无线光滑环设计

针对传统的滑环存在通信宽带不足、接触磨损寿命低的问题,设计了一种基于空间激光通信的离轴盘式无线光滑环,并完成了样机研制。该光滑环采用光学追迹仿真技术,将4个红外发射器均匀等间距地布置在光滑环的4个角,使接收端旋转时能连续稳定地接收到光功率。光学仿真和性能测试结果表明:在传输距离为20~200 mm时,离轴盘式无线光滑环的接收功率为-28.3~-29.2 dBm,满足探测器灵敏度(约-30 dBm)的要求;在0~500 r/min旋转环境下,其误码率会随着传输距离的增加而增大,但整体误码率均小于10-6。

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。

1.06μm激光的大气传输仿真研究

为了研究激光的大气传输特性,基于激光大气传输的一般模型,建立了激光传播到某一距离的功率衰减公式。采用定性定量的方法,利用MATLAB软件对模型进行仿真计算,分析了1.06μm激光大气传输的大气透过率以及到靶功率。结果表明,该模型对激光干扰空间探测器、清除微小碎片等提供了可靠的理论依据。这对于深入研究激光的大气衰减特性有一定参考价值。

用于无线能量传输的高效率半导体激光器设计

激光无线能量传输在无人机、卫星空间站和探月机器人供电等方面具有潜在应用前景,其系统效率成为了其应用的关键瓶颈。为了提高激光无线能量传输系统发射端激光器的电光转换效率、接收端光斑均匀性和有效窗口收光比,提出了用于激光无线能量传输发射端的高效率半导体激光器设计方案。基于合束效率较高的空间合束设计了一套高功率高效率半导体激光系统,接收端光斑不均匀度可优化至0.207,有效窗口内收光比大于94%。搭建了千瓦级激光无线能量传输实验装置,发射端半导体激光系统直接输出矩形光斑,与矩形光电池匹配,提高了电池阵布片率。利用多光束指向性可调节特点,优化了接收端光斑均匀度,有利于提高接收端电池的转换效率及简化电源管理。该设计与研究为激光无线能量传输的实际应用提供了借鉴意义。

临近空间“空-空”激光通信链路传输特性分析

针对临近空间"空-空"激光通信链路的传输特性,进行了较为系统的研究。首先,对比临近空间的"空-地"链路和"空-天"链路,给出了"空-空"链路的大气信道特征:一方面,从大气成分等因素出发,指出了可能造成"空-空"链路大气衰减的3种原因,得到了"空-空"链路的大气衰减信道;另一方面,由相关资料得到"空-空"链路所在空域的大气湍流尺度,再根据大气湍流尺度与激光光束直径的对比关系引发的湍流效应的不同,分析了"空-空"链路的大气湍流信道。其次,重点针对大气湍流效应,进行了仿真计算,得到了光强闪烁方差与通信传输距离、光强闪烁方差与激光波长、到达角起伏方差与传输距离的关系。最后,对计算结果进行了讨论。

发展空间激光通信,提高对地观测效能

基于对地观测技术用于全球实时探测,在获得地球表面及深部的时空信息中具有重要的作用,分析了我国对地观测面临的主要问题及解决途径,论述了空间激光通信在对地观测中的作用及要解决的关键技术,对空间激光通信在我国对地观测中的应用提出了几点展望与建议。

利用等离子体通道实现空间太阳能无线能量传输

空间太阳能电站是高效利用太阳能的有效途径,受到了国际的广泛关注。空间无线能量传输技术是空间太阳能电站的关键技术之一。文章首先分析了微波与激光无线能量传输技术的问题,根据空间太阳能传输的具体需求进一步提出基于等离子体通道的无线能量传输技术,并对基于此项技术的空间太阳能传输系统进行了论证,完善并发展了空间太阳能传输模型。基于等离子体通道的无线能量传输技术为多个领域的能量补给提供了新颖的技术途径,是具有广阔应用前景的战略选择。

自由空间激光通信中的数据传输分析

采用当前方法难以去除码间冗余干扰,激光通信信道存在拥塞问题,为此针对自由空间激光通信特点,提出基于经验模态分解的自由空间激光通信数据传输方法。首先建立自由空间激光通信信道特征分布模型,得到特征分解下激光通信数据传输迭代输出,组建自由空间激光通信信号接收模型,计算出激光通信信道冲击响应,利用自适应级联匹配滤波理论对激光通信数据进行抗干扰处理,提取通信数据功率谱密度特征,实现激光通信数据的经验模态分解和通信数据特征聚类。结果表明,该方法能够有效提升自由空间激光通信信道均衡性能,改善激光通信传输质量。

基于选区激光融化成型的空间曲线啮合轮后处理工艺及传动性能研究

采用选区激光熔化(SelectiveLaserMelting,SLM)快速成型设备与316L不锈钢粉末,得到的空间曲线啮合轮样品表面粗糙度值较大,主动轮与从动轮不能实现连续稳定的啮合传动。为了研究选区激光熔化成型的空间曲线啮合轮的表面后处理工艺,采用机械喷砂与电解抛光相结合的加工方法得到的主动轮与从动轮样品,表面粗糙度值达到Ra 1.0μm。实验结果表明,采用的后处理工艺和参数获得的主动轮与从动轮样品具有较高的形状精度与尺寸精度,能够实现连续稳定的啮合传动。此方法为空间曲线啮合轮提供了较好的制造思路。

天基信息传输分发体系中新频段及新体制梳理

文章介绍了激光通信、太赫兹通信和量子通信等新的通信频段及通信体制在天基信息传输分发体系中的应用前景。激光通信链路可用于构建未来空间骨干网,附加在激光链路上的量子光通信链路可以极大提升链路保密性能,太赫兹通信链路可能在未来卫星星座及伴随飞行集群内部高速数据交换场合提供大带宽及灵活组网的通信能力。各种新形式的链路技术结合起来,可以为天基信息传输分发系统提供支撑。

寒温带气候下FSO系统传输试验分析

分析了自由空间光通信(FSO,Free Space Optica Communication)系统在应用中受气象条件影响的因素。试验通过对哈尔滨市区内的一对试验FSO通信系统在各种气象条件下传输性能的的跟踪测试,以极限恶劣天气(沙尘暴、大雪低温)为例,对FSO系统在黑龙江省的寒温带气候特征下应用时的传输性能作了试验分析,并得出了相关结论及解决办法。

FSO传输性能在室内外影响情况分析

自由空间光通信(FSO,Free Space Optical Commun ication)系统在应用中受环境因素影响较大,本文概括分析了FSO安装在室内外通信时的各种影响.通过对一对试验FSO通信系统传输性能的测试,对FSO系统在室内外应用时的传输性能做了试验分析,得出了相关结论及解决办法.

空间激光通信中高速伪随机序列及多路器

在开展综合信息系统演示试验前,为了实现激光通信系统的单独测试,需对模拟的各种载荷选择性输出及对误码率进行测试。研制了一种基于FPGA的嵌入式智能多路器及高速伪随机序列生成器,设计高速并串转换电路及时钟电路实现高速伪随机序列的传输,速度可达3 Gbps,用于误码率测试。其中高速的伪随机序列速率智能可调,速率范围为750 M到3 G。设计兼容多种电平的差分多路器,数据传输的类型通过多路器选择性输出,输出的电平为固定的LVPECL。如:视音频的串行数据流,伪随机序列,模拟数据源。

空间激光通信中智能高速模拟数据源的研制

在开展综合信息系统演示试验前,为了实现激光通信系统的单独测试,需模拟各种载荷及误码率的测试。轻型、嵌入式、智能高速的模拟数据源必不可少。研制了一种基于FPGA的智能化模拟数据源,它不仅将多路视频、音频信号复合成一路高速数据流来模拟各种有效载荷(SAR,可见光,红外),它使得通信信号的速度达1.08 Gbps。而且可实现伪随机序列的传输,速度可达3 Gbps,用于误码率测试。其中高速的伪随机序列是速率智能可调节,速率范围750 Mbps到3 Gbps。数据传输的类型可选择,如:视音频的串行数据流,伪随机序列,模拟数据源。

用于油井激光射孔的10 kW激光19×1空间非相干合束

激光射孔是油井完井工程领域一项具有前瞻性的技术,对提高石油资源采收率具有重要的应用价值。为提高油井激光射孔所使用的激光功率和激光传输的安全性,利用19台光纤传输972nm半导体激光器实现了10 kW级激光空间非相干合束。通过分析参与合束的准直激光束的半径、间距与合束激光的光斑重叠率之间的变化规律以及模拟合束激光横截面能量分布,完成激光空间非相干合束器的结构设计。在300mm的合束长度内实现了具有单一光束形态且最大合束功率达到10.441 kW、焦斑直径21 mm、线宽2.46 nm的空间非相干合束激光输出,合束效率达到98.2%。利用10 kW空间非相干合束激光完成了针对砂岩和钢板的地面激光射孔实验,射孔深度分别达到570mm和70mm。

激光内调制自由空间光通信实验系统装置的研制

设计并安装调试了一套以激光内调制为工作模式的自由空间光通信实验系统装置,给出了原理框图及实际传输所得到的波形,分析了其频率极限.该装置已经用于相关专业课程的教学,效果良好,与其它光纤通信实验系统相比,该装置使用更加直观、方便.

用于精密坐标传递的二联激光跟踪仪系统

为了实现受限空间内的精密坐标传递,建立了二联激光跟踪仪测量系统,并设计了其施测及数据处理方法。首先,对Leica AT402激光跟踪仪进行改装,在其提手上安装能够放置球棱镜的靶座,并精确标定球棱镜中心与仪器中心的高差,称它为垂向偏心差。然后,两台激光跟踪仪自由设站,双面互瞄对方提手上的球棱镜,并依据垂向偏心差将互瞄观测值改化至仪器中心,得到仪器中心之间的互瞄观测值。两台仪器分别测量可视范围内的目标点,当两台仪器能够观测到足够数量的公共点时,可利用公共点和互瞄观测值共同传递坐标和方位;当无公共点时,可利用激光跟踪仪之间的互瞄观测值传递坐标和方位。在上海光源的工程控制网内开展了测量实验,结果表明:当相邻测站有公共点时,该系统能提高坐标转换的精度;当无公共点时,在9 m的距离上,坐标传递精度优于0.22 mm,定向旋转角精度接近1″。该系统可应用于三维工程控制网的测量,尤其适用于通视条件差的精密坐标传递场景。