空间激光通信

摘要： 为了满足微纳卫星平台间的数传需求,实现伺服结构的小型化,设计了一套基于四象限探测器(QD)与MEMS振镜为伺服架构的微纳激光通信终端,完成光斑的检测跟踪。为了提高微纳通信终端跟踪精度,分析了光斑大小对四象限探测器检测精度的影响,使用Matlab进行仿真,并据此设计了一种当光斑直径小于四分之一探测器靶面直径时的捕获跟踪伺服系统算法,对系统组成及捕获跟踪算法进行了详细论述。搭建室内实验平台,进行了双向全光捕获跟踪实验,系统捕获时间2.2 s,跟踪误差84μrad。

摘要： 研究自由空间激光通信网络移动节点的拓扑控制问题,针对特定场景空间激光通信自组织网络提出一种基于集合划分的启发式拓扑算法。根据空间节点的位置姿态信息和激光建链的约束条件计算节点间的可连接关系及链路稳定度,通过启发式迭代生成较优的全连通稳定拓扑,实现所有节点间的网络层通信。所提算法不仅可优化网络直径,还可在遇到链路断开时,通过集合合并进行拓扑修复。仿真结果表明,拓扑稳定度和网络吞吐量符合优化预期,拓扑遇到中断时可成功修复,且不同节点规模下的算法执行时间符合弗洛伊德算法时间复杂度O(n^(3))。

摘要： 针对空间激光通信接收功率低的问题,文章设计并实现了具有高接收灵敏度的实时化空间激光脉冲位置调制(PPM)通信系统,该系统的传输速率为800 Mslot/s。实验结果表明,当使用了掺铒光纤放大器(EDFA)和光学滤波器后,在接收光功率为-58.3 dBm的情况下,该系统的纠前误码率(BER)为1.4E-4,系统具有超高的灵敏度。

摘要： 与射频通信相比,空间激光通信具有传输速率高、保密性能强、终端功耗低等优点,目前已成为当前通信领域的一个研究热点。同时,空间激光通信也面临着一些严峻的技术挑战,如大气湍流导致空间激光通信的信道情况十分复杂,复杂的信道会引发信号光强度起伏剧烈,信标光跟踪与瞄准困难,接收端的信号光场波前畸变严重等。为了提升空间激光通信在复杂信道环境中的性能,学者们将深度学习技术引入到空间激光通信系统中。多项研究表明,深度学习在空间激光通信的诸多方面表现出了优越的信息处理能力。对近年来深度学习技术在空间激光通信信号处理与检测,信标光捕获与跟踪以及波前畸变探测与校正等方面的应用做一全面梳理,并对用于空间激光通信的深度学习技术的前景进行展望。

摘要： 在空间激光通信链路中,大气湍流、结构设计误差、平台扰动等因素为链路的精确对准和精密跟踪带来了困难。为提高激光链路的跟踪精度,首先对光斑跟踪过程中的影响因素进行研究分析,继而对跟踪算法做出改进。针对跟踪目标特性,设计了一种自适应模板目标相关跟踪算法,并搭建了基于粗精复合轴跟踪系统的实验平台,开展了实验验证。结果表明:与当前常用跟踪算法相比,该设计处理速度可达1 kfps,目标跟踪位置与真实位置基本重合,目标跟踪准确率高于98%,在处理速度、跟踪准确率与算法鲁棒性上均有较大提升,具有一定的实用性。

摘要： 空间激光通信是以激光为载波,在空间实现语音、图像、视频和数据等信息无线传输的通信方式,具有隐蔽性好、传输速率高、抗干扰能力强、抗截获性能好以及终端体积小、重量轻、功耗低等优点,是实现空间高速通信的重要途径。得益于空间激光通信的技术优势和特点,美国、德国、日本和俄罗斯等国先后制定了百余项空间激光通信研究计划,对空间激光通信涉及到的各项技术和关键器件展开了全面研究,并完成了多次激光通信在轨试验验证。经过几十年的发展,国外在空地、空潜、空空、星地、星空、星间、月地以及水下等激光通信应用领域取得了显著的成就。

摘要： 星载空间激光通信终端具备设备体积小、通信速率高和保密性强等优势,是未来大规模星座组网的首选方案。为进一步提升激光通信终端的通信速率和实用性,采用非相干激光通信技术、无信标捕获技术、前置光放大与单模光纤耦合技术和3D打印导热一体化技术,研制了基于摆镜架构的同轨、异轨2种型号激光通信终端,并完成了动态捕获跟踪、高速通信试验和环境适应性试验。同轨、异轨2种型号产品重量分别为12 kg和14 kg,在1 mrad不确定区域内平均捕获时间为12.4 s,通信速率可达10 Gb/s@4000 km,经过前向纠错编码后误码率小于10^(-7)。

摘要： 针对空间激光通信系统高能效高灵敏度的调制问题,对差分脉冲位置调制(DPPM)格式进行研究,并将其运用在相干光通信系统中,通过仿真及实验在系统功耗、误码(BER)性能和占用带宽中找到平衡点。实验结果表明,在直调直检和相干光通信传输系统中,在相同的传输信道,相同的传输速率为1.25 Gbit/s的DPPM信号时,两者达到硬判线所需的信号路光功率分别为-36.5和-60.0 dBm。相干传输系统对比直调直检传输系统提升了约24 dB的光功率裕度。对于实现硬判线的传输目标,传输3、6、12和24 Gbit/s速率的DPPM信号需要接收端光功率分别约为-49、-47、-42和-36 dBm。论证了采用DPPM格式/相干探测能够得到更高的灵敏度及更低的误码率。

摘要： 为提高空间激光通信离轴三反光学天线的装调效率,需要对反射镜总的装调自由度进行优化设计.基于共轴三反无焦系统的设计原理,提出一种主三镜一体化的设计方法,并推导了光学系统结构参数之间的关系,利用Zemax光学软件设计了一种结构紧凑、主三镜一体化的离轴三反光学天线.设计结果表明:全视场光学像质优于衍射极限,主镜和三镜空间位置相接近,可共母板加工和面形共基准检测,为主三镜的一体化加工提供了方法.光学天线的装调自由度减少了6个,降低了装调难度,提高了装调效率.

摘要： 空间探测是世界各国在航空航天领域中探索宇宙需要的重要技术。随着空间通信要求的不断提高,传统的微波通信技术很难满足返回地球的大量科学数据日益增长的需求。相比于微波的载波频率,空间激光通信要高出多个量级,传输速度快、通信速率高、波段选择方便是未来空间通信中最具潜力的通信技术。文章概述了空间激光通信的起源及发展,系统介绍了该技术现阶段的发展现状,并对其未来的发展趋势进行了研判,对我国在该通信技术的发展方面提出了有益的建议。

摘要： 激光通信技术近年得到快速发展,其与测量技术的融合越来越受到重视.从空间激光通信的基本特征出发,结合现代大地测量技术的现状,研究了空间激光通信技术在大地测量多技术领域的应用问题,提出了一些有益的建议.

摘要： 针对目前空间激光通信只能点对点通信的技术瓶颈,开展了一点对多点同时空间激光通信的原理与技术研究.本文重点阐述了一点对多点同时空间激光通信的原理、方案和APT技术,介绍了实验原理验证系统和达到的技术指标,最后对该技术的应用前景进行了分析和展望.

摘要： 空间通信是以航天器(或天体)为对象的无线通信。空间通信的基本形式有地球站乖航天器之间的通信及航天器相互之间的通信。本文介绍了空间激光通信技术，并结合航天测控网的发展现状，论述了空间激光通信在航天测控网中的应用研究。

摘要： 随着高分辨率对地观测系统对传输带宽的迅速提升,空间激光传输由于发散角小,传输速率高,等效能效高,安全性高,无频率资源限制等优势,正在成为各国研究的热点.目前空间激光传输在高分数据回传、低轨组网、数据中继系统和深空探测中展开了技术研究、在轨验证,逐步进入实用化.以相干激光传输为代表的高速空间激光传输,由于其传输的发散角小,捕获跟踪难度大,并且相干探测对激光源稳定性要求高,如何实现高效率的光学耦合和光电平衡探测设计,如何实现稳定的载波相位恢复和补偿大范围多普勒频移是空间相干激光传输接收系统设计的关键.本文将首先对相干激光传输的国外动态进行简述,再针对空间特性下相干接收系统设计中上述几个关键问题进行理论和实验分析.本文针对空间相干激光传输现状进行了简单介绍，然后针对三种典型相干激光接收方式，对影响相干接收机系统设计几个关键因素进行了分析，并针对数字相干接收方式，进行了试验研究，搭建了2.5Gbps BPSK信号的实时解调系统。此外，介绍了本单位的研究进展，面向未来的空间应用，研发了面向超高速数据传输的空间激光通信系统。

摘要： 激光相控通信是采用激光相控阵列光学天线发射激光光束,天线具备对光束的电扫描能力和赋形能力.它具备两个机理性要素:收发天线以阵列形式组成、每个单元天线具备独立光学移相能力.液晶光学相控阵是近些年来光学相控技术发展最为迅速的一种,具备驱动电压低、百万级像素、低功耗、重量轻等工程优点.针对空间激光信息网络中多用户组网和信息高速传输的需求,液晶光学相控阵是一种能够满足需求的技术手段,本文将针对空间激光组网所需的多波束、宽覆盖、高精度、快速向应四大关键参数的实现方法进行阐述,综合形成激光相控通信适用的多参量相控波束控制方法.

摘要： 基于目前已成熟应用的直接探测空间光通信系统,分析了星间、星地通信链路下光功率损耗,为解决目前光电探测器响应速率、探测灵敏度两项技术指标对通信系统整机性能的影响,研究了可用于空间光通信系统的光通道绑定技术,分析空间链路时延测量及发射接收端机系统时延测量方法,通过光学及电子学方式实现多光通道动态时延对齐,该绑定方法在近地直接探测系统中得到了等效验证,实验结果表明:基于目前光电探测器件发展水平,在单路传输速率为5Gbps情况下,实测探测灵敏度很难达到-30dBm,而通过光通道绑定方法将传输速率2.5Gbps两路光通道进行绑定,达到了等同于单通道通信速率5Gbps,探测灵敏度-33dBm,误码率优于10-7(通信距离15krn,水平能见度3km)系统传输能力,具有较强的工程应用价值.

摘要： 空间激光通信以其高容量、窄波束、轻载荷的良好特性受到航天领域的高度重视,代表了未来卫星通信的研究发展方向,欧美、日本等航天大国长期进行空间激光通信理论和关键技术研究,并相继开展了空间激光通信、星地激光通信等关键技术试验验证.本文在分析国内外空间激光通信技术研究进展和试验验证的基础上,结合中心从事的空间宽带网络技术研究论证,提出基于激光通信构建我国空间宽带网络的基本构想,并对涉及的关键技术进行探讨.

摘要： 为了实现一对多的空间激光通信组网,建立了一套捕获跟踪对准伺服控制系统.对该系统所采用的敏感器,执行器等环节进行了研究.首先,探讨电机闭环,给出编码器分辨率,电机传递函数.利用ELMO驱动器实现伺服控制.接着,以光斑脱靶量为反馈,建立光闭环,探讨了扫描策略与跟踪误差.最后,介绍了基于CAN总线的组网控制技术,为实现多轴连动打下基础.实验结果表明:编码器分辨率,电机闭环跟踪精度均满足激光通信精度要求,可以用于激光通信组网控制系统.

摘要： 本文报道了空间激光通信领域中的一种利用法拉第反常色散原子滤光器(FADOF)进行激光稳频的系统。该系统实现了将激光频率自适应锁定在FADOF的透射峰上的稳频系统，频率稳定度可以达到3．6×10-9。

摘要： APT(Acquisition Pointing Tracking)复合轴子系统在空间光通信过程中对于保持通信链路的可靠性起到至关重要的作用。本文结合实验室课题在深入分析压电陶瓷自身特性的基础上,以实验室已有的压电陶瓷器件为对象,研制一种基于PA93的新型压电陶瓷驱动电源,并通过相关试验和MATLAB仿真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。

摘要： 本发明提供了一种空间光通信方法和空间光通信系统，该方法包括步骤：低轨卫星星载通信机利用星载导航接收机周期性地更新卫星星历信息，并将其上报给过顶的数据中继卫星；中继卫星将整合后的所有低轨卫星星历信息进行组帧，并周期性广播；低轨卫星接收广播信息，并根据广播信息计算出其他卫星各个时刻的空间位置坐标；星上天线跟踪瞄准系统(ATP系统)根据所述空间位置坐标进行数据分析进而快速调整波束进行跟踪指向并调整发射功率。本发明提供了一种快速、高效和可靠的星间组网机制。

摘要： 本公开提供一种激光通信装置，包括：扩束系统，扩束系统对经过扩束系统的接收发射耦合系统发射的光进行扩束；光轴位置调节装置，用于调节光轴位置，使经光轴位置调节装置的入射光和出射光同轴；分光镜，分光镜对发射到分光镜的光进行分光，经分光后输出不同的光束；跟踪系统，跟踪系统对通过分光镜输出的光束进行跟踪；反射汇聚系统，反射汇聚系统对进入反射汇聚系统的光进行汇聚并反射；双包层光纤准直系统，双包层光纤准直系统对经过双包层光纤准直系统的光进行准直；接收发射耦合系统，接收发射耦合系统将发射的光耦合进双包层光纤准直系统内，或将接收的光耦合到最终接收探测器内。本公开还提供了一种激光通信方法以及激光测距方法。

摘要： 本发明公开了一种用于实验教学的激光通信设备，包括发送端和接收端，所述的发送端包括激光器、光调制器、调制模块、光放大器和第一天线，所述的接收端包括第二天线、光电探测器和解调模块，激光器发出恒定强度的激光入射到光调制器中，从光调制器出射的激光变为被调制模块通信信号所调制的光信号，光信号由第一天线发射至大气信道，接收端的第二天线从大气信道接收所述的光信号并收集至光电探测器，解调模块从光电探测器输出的电信号还原出发送端发出的原始数字信号。在激光通信实验教学中，需要进行多种编码调制方式的横向对比时，通过在可编程硬件板进行多种不同编码调制的选择和切换即可实现，保证了其他实验条件的一致，增加了实验数据的可靠性，不需要增加额外的硬件，降低了实验的硬件成本。

摘要： 本发明提供了一种多孔径空间光通信接收机，包括：N个聚光模块，用于接收携带有数据信号的光信号，并将所述光信号汇聚到各聚光模块的焦曲面；N个探测模块，位于各聚光模块的焦曲面上，各探测模块包括由M个探测器组成的探测器阵列，用于探测所述聚光模块汇聚的光信号，并得到探测信号；以及处理模块，用于所述探测信号进行处理，确定所述光源的位置信息。此外，本发明还提供了一种多孔径空间光通信系统。本发明的接收机将大面阵探测器分布在透镜模块焦曲面上，并且在信号分析阶段只选用焦点附近探测器的输出信号，因而同时具有广角接收能力、抗振动能力和抗干扰能力。

摘要： 本发明提供了一种空间光通信方法和空间光通信系统，该方法包括步骤：低轨卫星星载通信机利用星载导航接收机周期性地更新卫星星历信息，并将其上报给过顶的数据中继卫星；中继卫星将整合后的所有低轨卫星星历信息进行组帧，并周期性广播；低轨卫星接收广播信息，并根据广播信息计算出其他卫星各个时刻的空间位置坐标；星上天线跟踪瞄准系统(ATP系统)根据所述空间位置坐标进行数据分析进而快速调整波束进行跟踪指向并调整发射功率。本发明提供了一种快速、高效和可靠的星间组网机制。

摘要： 本实用新型属于通信领域，具体涉及一种具有红外激光通信装置的AGV小车及红外激光通信系统。旨在解决现有技术在特殊场合常用无线通信手段不可用以及通信死角的问题。本实用新型提供具有红外激光通信装置的AGV小车，AGV小车包括车体、第一无线通信装置、处理器，AGV小车还包括多个第一红外激光通信装置；第一无线通信装置、第一红外激光通信装置分别与处理器通过有线通信链路连接；第一红外激光通信装置，配置为收发红外激光信号；多个第一红外激光通信装置分别装设于AGV小车的车体的顶部，和/或各周面，和/或顶部四周顶点位置。本实用新型安全性和可靠性高、通信范围广、避免了通信死角、通信流畅稳定。

摘要： 本实用新型公开了一种光通信激光器及光通信探测器封装设备，包括封装箱，操作过程，打开封装箱上门板，将光通信激光器及光通信探测器放置在安装板上两个挤压杆之间，旋转L形旋转杆，带动螺纹杆旋转，由于两个螺纹孔的螺纹方向相反，从而带动两个挤压杆相对移动或者背对移动，从而挤压固定光通信激光器及光通信探测器，将光通信激光器出光口与空腔对应，当光通信激光器及光通信探测器运行过程中，挤压叶片，通过转轴，将叶片旋转堵住整个空槽，减少灰尘落入到封装箱的内部，该实用新型便于安装和拆卸光通信激光器及光通信探测器，减震弹簧作用能够让整个设备在安装板上耐冲击力提高，能够减少灰尘落入，散热效果增大。

摘要： 本实用新型公开了一种光通信激光器及光通信探测器检测设备，包括支撑杆和检测平台,操作过程，拉动L形挤压板二，拉伸弹簧，从而增大L形挤压板二与L形挤压板一之间距离，将光通信激光器及光通信探测器放置在L形挤压板二和L形挤压板一之间上侧壁上，松开L形挤压板二，通过伸缩杆将超声波探头移动与光通信激光器及光通信探测器上表面接触，带动套杆往返移动,打开超声波探伤仪，从而实现对光通信激光器及光通信探测器检测，该实用新型能够便于安装光通信激光器及光通信探测器检测，安装操作简单便利，方便人们操作，安装牢固，检测能够对个各个位置检测，方便检测同时记录数据，提高工作效率。

摘要： 本发明公开了一种移动物体间高速空间激光通信接收装置及激光通信系统，该激光接收装置包括激光接收单元和信号放大单元，所述的激光接收单元接收激光信号并将其转换为电信号，经信号放大单元放大后输出，其特征在于所述的激光接收单元，为感光单元构成的阵列。采用本发明的激光接收装置，由于激光接收面积通过感光单元阵列的扩展，可以做到很大，因此可以很方便的解决两个移动物体间激光通信的“对准”难题。

摘要： 本实用新型属于空间激光通信领域，具体涉及一种用于空间激光通信中的主镜遮光结构及空间激光通信系统，所述主镜遮光结构包括收发光束的通光结构以及太阳直射光的挡板，主镜遮光结构的主镜设置在太阳直射光的挡板上；主镜遮光结构的主镜为一个离轴抛物面，并在主镜遮光结构的主镜的下腹开凿一个茶壶嘴状的收发光束的通光结构，茶壶嘴状截面面积较大的一面朝上，面积较小的一端朝下且更靠近光束入射端；本发明的遮光结构具有结构简单、质量轻、遮挡面积大、稳定性好等特点，同时便于装配和测试，为实现光学天线系统良好的工作性能提供了可靠保障，可满足光学系统的发射和接收过程中高质量、高性能功能。