自由空间激光通信平台振动模拟实验系统研究

为了对自由空间激光通信中的高精度、复合轴捕获、跟踪和瞄准(APT)系统的关键技术进行验证,需要对平台的振动或扰动进行半实物仿真。在对通信平台振动功率谱进行分析的基础上,基于MATLAB/Simulink建立了平台振动半实物模拟实验系统,通过半实物仿真得出平台的振动时域信号及其振动功率谱。通过CCD闭环检测,证明了平台振动模拟结果真实有效。将模拟产生的振动信号作为自由空间激光通信复合轴APT实验系统的激励,实现了在模拟振动和运动条件下对复合轴APT跟踪系统的实验室验证。

空间激光通信精跟踪单元的高精度快速PZT驱动技术研究

为保证空间激光通信的顺利进行,精跟踪系统执行机构驱动器设计至关重要。在分析压电陶瓷自身特性的基础上,研制一种基于PA93的高压、大电流、高速率的新型压电陶瓷驱动电源,并对所设计的驱动电源的输出电压稳定性、范围、线性度、静态纹波,带宽等各项性能指标进行测试,得以验证该驱动电源的性能满足了整个精跟踪系统的跟踪精度保持在3μrad左右的前提条件。

二次成像型库德式激光通信终端粗跟踪技术

库德式激光通信终端粗跟踪探测器大视场接收信标光时,需通过望远单元、多块库德反射镜、分光片和粗跟踪透镜组,信标光传输路径长,使得后续子光路粗跟踪支路口径明显增加;捕获时望远单元和库德反射镜与粗跟踪探测器存在相对运动,信标光传递环节多,跟踪模型复杂。针对这两个问题,首先,对比了3种传统库德光路,选择二次成像型库德光路并对其进行设计,通过设计使后续子光路光学口径减小,利于后续子光路轻小型化设计;随后,对二次成像型库德式激光通信终端的跟踪模型进行推导,通过反射镜矩阵和坐标变换建立跟踪模型,并用Matlab-Simulink对跟踪模型进行仿真;最后,通过地面试验,对终端的跟踪性能进行测试,实测方位跟踪最大脱靶量为84.65μrad(3σ)、俯仰最大脱靶量为56.33μrad(3σ),满足通信要求的150μrad(3σ),二次成像型库德结构和跟踪模型可满足星间激光通信粗跟踪捕获和跟踪要求。

深空激光通信的研究现状及关键技术

空间光通信因其体积小、质量轻、数据率高,已经得到世界各国的普遍重视,尤其是近地卫星光通信系统的在轨实验的成功,使人们建立起用激光进行深空通信的信心,本文以国外两个典型的深空激光通信系统为依据,深入分析了深空激光通信系统的特点,提出了制约深空激光通信系统的关键技术,给出了未来深空激光通信技术的研究方向,为我国开展深空激光通信的研究提供参考。

一对多激光通信技术在编队飞行星座中的应用

基于旋转抛物面基底的多反射镜拼接光学天线,提出一种一对二激光通信组网方案,并对系统工作过程进行了分析,对星间激光通信链路进行了功率裕量计算。分析结果表明:一对二激光通信距离达200km,通信速率为2.5Gbps。该方案可为编队飞行星座内通信组网提供了一种新的技术途径。

星间激光通信不确定区域扫描补偿技术研究

针对卫星激光通信过程中初始捕获产生的相对运动偏移误差,建立了星间激光通信的相对运动补偿模型。该模型只需提供较少的星历表查询,就能得到高精度补偿数据。仿真实验结果表明,该模型可以减小不确定区域扫描过程中产生的偏移误差,在星间激光通信过程中实现了高概率、快速建立激光通信链路。

空间激光通信探测器阵列接收合并技术

大气湍流、吸收和散射等因素引起的光强闪烁严重影响了空间激光通信系统的效率,导致激光束能量衰减、信噪比下降,探测器阵列分集接收技术能有效克服这种影响。主要研究了探测阵列分集接收的三种合并方式,即选择式合并、等增益合并和最大比合并。分析对比了三种合并方式在提高功率增益和信噪比方面异同点。在相同大气湍流和中断概率条件下,最大比值合并对信号改善最为明显,等增益合并次之,选择式合并在分集接收中对信号改善最小。当两路分集接收时,最大比合并相对于无分集时信噪比改善因子提高了100%,等增益合并提高了78.5%,选择式合并提高了50%。最大比合并实现复杂,选择式合并实现相对容易,可根据实际工程性能要求,选择合适的合并方式。

声光偏转器在定向激光通信精跟踪单元的应用技术研究

为更好地改进激光通信的精跟踪单元,抑制卫星平台的高频扰动,本文从带宽和迟滞性两方面比较了PZT及AOD。分析得出,AOD对千赫兹量级下的扰动信号响应只有1%的相位延迟,PZT的则失真很严重。在迟滞性方面,PZT去程和回程间的差值最大达到了18.6%,而AOD的只有万分之2,其数值占PZT的1/930。这为AOD在激光通信中的应用起到了一定的促进作用。

多点同时空间激光通信系统高效偏振分光技术研究

在多点同时空间激光通信系统中,为实现多信号光束的高效隔离,对系统中的收发分光分系统进行了研究与设计,采用了并不常用的偏振分光方式可有效减少系统波长数量。通过实验发现使用普通偏振分光棱镜的系统隔离度较低,约为-57.27d B,为此对普通棱镜进行了改进,将其非工作面削成斜角,使杂散光偏出接收探测器视场,得到异形分光棱镜,通过实验验证偏振隔离度为-64.1d B,有了一定的提高。

车载激光通信技术研究与试验

为解决军队战场环境下的动平台保密通信,对车载激光通信技术的可行性进行了研究,先对车载激光通信系统的应用场景和基本原理进行调研,根据指标要求完成车载动平台系统总体设计,为验证设计正确性以及车载激光通信可行性,并针对动平台的震动,采取惯性稳瞄技术保证视轴在惯性空间中稳定。最后,分别在不同大气能见度、不同通信距离条件下,对通信误码率进行监测,得到车载激光通信试验样机能够实现15km以内、100mbps的近地面激光通信的结论,验证了车载激光通信的可行性以及设计方案的正确性,可用于未来陆军战场的保密通信,同时也为以后的原理样机改进提供依据。

高速率空间激光通信系统及其应用

经过二十余年的快速发展,空间激光通信的研究重心逐渐从高精度ATP分系统向高速率通信分系统转移。紧密跟踪空间激光通信的国际发展最新动态,从通信带宽和链路功率两个方面,针对通信发射单元、接收单元和信道特性,分析了提高空间激光通信传输速率的技术难度与途径,分别阐述了波长1 550 nm、基于EDFA功放和前放技术,空间相干技术,光偏振复用技术,光波分复用技术的基本原理、性能指标及关键技术,为高速率空间激光通信提供了技术参考。

机载激光通信中气动光学的影响及补偿

为了抑制机载激光通信中大气附面层引起的散斑现象,开展了气动光学效应及相应补偿方法的研究。从理论上分析了气动光学效应对光传输的影响;根据试验飞机型号和设备安装位置,对光学窗口形状、厚度等参数进行了优化设计,并对窗口变形和空气流场分布进行了仿真分析,完成了光学窗口改造。最后,根据试验中大气附面层引起的接收光斑离焦现象,进行了光学仿真,研制了3种焦距的补偿镜。在飞行距离为10~140km,飞行高度为1 500~4 500m条件下进行了飞行试验,对不同补偿镜的补偿效果进行了分析。结果显示,在接收光路中增加焦距为5.5×105 m的凸透镜后,接收光斑离焦现象得到了抑制,接收光功率闪烁方差减小了1/3,表明经过补偿后的光学窗口可有效抑制大气附面层对激光通信的的影响。

星载激光通信端机可重复锁紧/解锁机构设计

针对星载激光通信端机伺服转动系统在轨期间多次锁紧/解锁需求,提出了一种基于形状记忆合金(SMA)丝的可重复锁紧/解锁机构。首先,分析了重复锁紧/解锁机构利用弹簧分力实现锁紧和SMA丝输出回复应力实现解锁的工作原理,利用杠杆原理优化了锁紧力与锁紧位移;其次,仿真分析了锁紧力与解锁力之间的平衡关系,以及锁紧力对整机模态的影响;最后,研制了原理样机,实验验证了解锁力、解锁时间与供电电流的关系、重复锁紧/解锁功能,以及高温、振动等航天环境对锁紧机构可靠性影响等问题。实验结果显示,该机构可提供1000N锁紧力,在输入12V/3A电源时,最大解锁时间不超过2s,在环境温度90℃以下可保证稳定可靠锁紧,并可实现多次重复锁紧/解锁。该机构具有轻小型、低冲击、可重复、低功耗优点,满足星载激光通信端机多次锁紧/解锁需求,应用潜力巨大。

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。

对潜激光通信

分析了对潜激光通信的军事需求,介绍了其发展历程及研究现状,根据蓝绿激光对潜通信的基本原理,重点考虑了卫星对潜艇下行蓝绿激光通信、以系留光纤浮标平台为中继实现自由空间激光向上通信的星潜双向通信方案,分析了影响星载蓝绿激光对潜通信的重要因素。

空间信息网络与激光通信发展现状及趋势

天地一体化信息网络是科技强国的重要标志,根据国家整体规划,到2030年将建成全球覆盖、按需服务、随域接入、安全可信的信息网络,服务国防建设和社会发展。空间激光通信是实现信息高速传输和保密安全的重要手段,将在构建天地一体化网络中发挥重要作用。首先从概念内涵与系统架构、研究现状与发展趋势、总体目标与主要难点3个方面介绍了天地一体化网络,然后总结了空间激光通信的概念和特点、研究现状和发展趋势,以期为我国天地一体化信息网络的构建提供有益参考。

计算机仿真在大气激光通信中的应用研究

星地激光通信链路中,激光脉冲作为信号载波在大气信道中传输,气溶胶散射特性是影响整个通信系统质量的重要因素。本文利用蒙特卡洛光线跟踪法( Monte Carlo Ray Tracing)对激光脉冲的时间响应特性进行仿真研究,进一步推导出大气信道中光通信链路最大带宽与气溶胶粒子厚度的关系。

天空背景光条件下空间激光通信系统粗跟踪光斑提取方法

随着科学技术的迅速发展,人们对信息量的需求不断增大。空间激光通信因其具有通信速率高、通信束散角小、安全保密性高等众多优点,受到越来越广泛的应用。在空间激光通信系统中,天空背景辐射是影响系统性能的主要背景噪声。强天空背景条件下,粗跟踪光斑的提取成为了影响粗跟踪精度的主要难点。首先介绍了几种抑制天空背景光的方法,如采用原子滤光片、减小接收机口径等。在实验条件下,采取Otsu阈值处理和质心算法对粗跟踪光斑进行处理,分析天空背景光对粗跟踪成像光斑的影响。实验结果表明,在天空背景光影响下,这种Otsu阈值处理方法能够准确提取成像光斑,可以有效提高粗跟踪精度。

临近空间对地面空间激光通信光纤耦合效率研究

空间激光通信朝着小型化、高速率、大容量方向发展,这对载人航天工程数据高速传输十分有利。针对临近空间对地面平台,比较了海拔高度20km空域内不同大气折射率结构常数模型,分析了它与Fried参数的关系,得出斜程链路环境中天顶角、链路距离、近地面折射率结构常数与耦合效率的关系。仿真结果显示,近地面大气折射率结构常数处于不同范围时,耦合效率对天顶角变化的敏感程度不一样,而且耦合效率很大程度受100m以内的链路影响。

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。