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。     

深空探测激光通信技术发展研究

对美国深空探测活动中应用的激光通信技术进行了总结,说明当前深空光端机正向着更加集成化、轻型化和多功能化的方向发展;重点对深空激光通信中的捕获跟踪瞄准、接收和调制等关键技术进行了分析;针对中国激光通信的发展和应用提出了建议,如突破激光器和高速率调制器等关键技术,深入研究新型编码算法等。     

小卫星激光通信终端技术现状与发展趋势

在激光通信技术快速发展及商业卫星组网应用迫切需求的背景下,小卫星激光通信技术逐步发展成为商业卫星通信领域的研究热点之一。首先,对近些年来国内外小卫星激光通信技术的发展现状及性能指标特点进行了详细论述,归纳出轻小型化、低功耗、模块化、低成本四个发展趋势。在此基础上,分析了小卫星激光通信终端的四项关键技术,以期为我国小卫星激光通信终端技术的发展提供一定的参考和借鉴。     

空基激光终端动态组网研究

空间激光链路的特点是捕获跟踪困难,只适合点对点通信,因此组网应用多采用环状拓扑,导致网络的终端消耗大、链路时延长.为解决该问题采取了星形拓扑,优化网络节点增加辅助捕获设备,并改进链路接入为两阶段捕跟,从而实现高性能的动态复用激光链路.该方案特点是采用角反射阵列进行预先捕获,从而大大减少实时通信准备时间,并设计激光终端备用池动态复用,从而大大降低组网成本并提高网络性能.     

空间激光通信调制技术的研究进展

空间激光通信系统具有传输速率高、体积小、质量轻、功耗低等特点，适用于卫星高速数据传输。激光通信调制技术作为空间激光通信系统的一项关键技术，是影响系统通信性能的主要因素之一。首先，介绍空间激光通信调制技术的原理及其分类，并对其优缺点做比较分析，再对激光调制的关键技术进行阐述；然后，从发展阶段与应用环境角度对国内外已报道的空间激光通信调制技术研究进展进行总结；最后，对空间激光通信调制技术的发展趋势进行展望。     

深度学习技术在空间激光通信中的应用

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。     

宇航光电子激光通信技术进展和发展建议

未来是光电子激光在宇航通信技术中蓬勃发展的时代。文章回顾了从上世纪70年代起近四十年以来，国外空间光电子和激光通信技术的发展历程。首先从NASA早期的光纤空间适应性试验研究开始，阐述了NASA和ESA在各种卫星平台和国际空间站内部所研发的光电子通信产品，展示了光电子技术在空间中应用的可行性。然后结合二十一世纪以来，NASA在深空探测领域的自由空间激光通信技术上所取得的历史性突破，以及在微小型卫星的激光通信技术方面所取得的技术成就，展现了与无线电通信相比，光电子激光通信技术在未来宇航通信中的强大的生命力。最后，文章给出了空间光电子通信未来的一些发展计划，总结了若干关键技术，提出了对核心器件和关键通信协议的发展建议，并对宇航光电子激光技术的发展前景进行了展望。     

空间激光/量子通信技术研究进展与发展探索

空间激光通信是实现高速天地一体化信息网络的主要技术途径,量子通信是确保高保密数据传输最可靠的方式。概述激光、量子通信的国内外发展现状,分析空间激光、量子通信技术的发展趋势和集成化应用,归纳其面向工程应用亟待突破的关键技术,以期对构建我国天地一体化激光、量子通信网络有所帮助。     

分布式空间系统组网技术综述

分析了主要应用于大型星座等空间拓扑稳定的可预测组网技术,以及应用于空间Ad hoc、Mesh等网络需要灵活组网的空间自组织组网技术。针对空间自组织组网技术,对具备抗高丢包适应多跳网络的分批稀疏编码进行空间自组网的应用分析。仿真结果表明:在高丢包的自组织空间网络中,应用分批稀疏编码后系统吞吐量得到明显提升。可预测网络的主要发展趋势是超大规模星座组网技术与精密编队组网控制一体化技术,自组织网络主要趋势为低开销高性能及自适应性。     

链路状态感知的低轨卫星网络路由机制

低轨卫星的空间组网能够突破地形限制,实现全天候、高带宽、低时延、广覆盖的数据通信,弥补地面通信系统的不足,使通信服务全球化成为可能。但是,卫星节点的快速移动和能量受限使得空间链路面临高动态、不可靠、间歇性等问题。同时接入用户的分布不均容易导致卫星网络出现重载节点和局部拥塞的情况,这对空间组网和数据传输提出了新的挑战。传统的静态卫星组网模式可靠性差,可伸缩性低,难以适应空间动态组网的需求。针对低轨卫星网络拓扑变化快的特点,提出链路状态感知的路由机制,在降低卫星能耗的同时减轻网络的局部拥塞,使用树莓派搭建半实物仿真平台,并在该平台上进行实验,验证了该机制的有效性。     

通信卫星灵活载荷技术综述

通信卫星逐步由高轨地球同步轨道卫星向高、中、低轨结合的全球覆盖卫星方向发展，多业务和多重覆盖的发展趋势对通信卫星的灵活性提出了更高的要求。通信卫星配备灵活载荷已经成为重要发展方向，对面向个人用户的高通量通信卫星及高、中、低轨结合的组网通信卫星来说尤为重要。配备灵活载荷的通信卫星能实现端到端业务，能灵活调整覆盖区，实现灵活组网，并提升资源利用率。分析了国内外通信卫星灵活载荷的发展动态，介绍了通信卫星灵活载荷的技术特点，并给出了有效载荷方案，最后阐述了通信卫星灵活载荷发展的关键技术及发展思路。     

高速星间收发通信机OFDM调制解调研究

目前，国内外针对卫星组网的研究主要集中在卫星之间的星间链路研究方向。为实现卫星组网通信系统中大数据量的信息交互，首次提出了一种利用正交频分复用（orthogonal frequency division multiplexing，OFDM）技术的高速星间收发通信机的设计方案。相比传统单载波技术，OFDM技术凭借其较高的频谱利用率、良好的抗多径干扰能力以及能够灵活分配资源等特有的优势，可用于实现星间通信的高码速率传输。首先设计了星间收发通信机的总体架构，基于星间通信系统的特点以及16QAM调制解调方式的优点进行了相关的参数设计，然后根据设计参数，采用Verilog HDL 硬件描述语言基于 ISE 开发平台和Modelsim软件完成了16QAM数字调制解调功能和时序的仿真，验证了设计的可行性。首次将OFDM技术应用到星间收发通信机，为其硬件实现奠定了基础，具有一定的参考价值。     

DSFDP:一种增强型的深空文件传输协议

针对深空通信所具有的长延时、高误码、深衰落问题,提出一种增强型的深空文件传输协议(DSFDP).与CCSDS文件传输协议(CFDP)的对比仿真表明,两者在地球同步轨道(GEO)通信环境下性能相当;随着延时和误码率的增加,DSFDP的性能将显著优于CFDP;在1.35s单向传输延时(月球通信)、104误码率(深衰落)情况下,DSFDP比CFDP的传输时间缩短50%以上.因此,DSFDP可以适应较大的误码率和延时变化范围,尤其适合深空通信这种信号传输条件恶劣的极限通信环境.     

振动对空间光通信系统误码率影响的分析

在空间光通信系统中，由于卫星平台的振动，使得光发射机发生振动，从而对通信系统的误码率产生影响，本文针对光射光束为高斯光束时，振动对误码率的影响问题进行研究。结果表明，在振动时不仅振幅影响着误码率，而且波长也对误码率有影响，但通信距离对误码率的影响不大，一般可以忽略。     

Acquisition and tracking of laser beams in space communications

A general consideration of the problem of acquisition and tracking of laser beams is given for intersatellite communications. An optimum multi-step system for antenna acquisition and pointing is determined. For the acquisition and pointing stage an equivalent bit rate is introduced. Using this criteria, an approach is derived to compare the acquisition system to the optimum one as well as to the communication channel with regard to the required optical power. The laser tracking system has been also considered. The advantage of a tracking system with two integrators has been shown.     

基于IM/DD体制的星间激光通信测距技术

随着当前低轨卫星组网星座计划的日益增加，对卫星间高精度校时、测距需求也越来越迫切。提出基于直调直检IM/DD（Intensity Modulation with Direct Detection）的测距技术的实现方法，使其能同时兼顾测距精度及系统成本。基于IM/DD的测距是利用高精度的秒脉冲到达时间来测量距离。使用IM/DD光通信的数据传输方式，在正常的数据帧传输中插入少量的测距信息，无需中断正常的通信模式，也无需网络时钟频率同步，数据帧的发送周期也无需与秒脉冲保持同步关系，即可使用双向单程测距方法进行测距。使用秒脉冲对本地时钟进行频率测量，对测距过程参数进行修正，只需要采用普通晶体振荡器作为本地时钟源，不需要使用高精度测距通常所需的全网络同步时钟信号或者高稳定度时钟源，便可以达到IM/DD通信码元时间量级的测距准确度和精确度，同时降低了时频同步系统的复杂度、对元器件的要求以及整个通信测距系统的成本，解决了现有技术中测距精度及系统成本不易同时兼顾的问题。     

空间激光通信系统中的信道纠错编码技术

由于空间激光通信系统的信道状态和链路捕获跟踪的不确定性,多种形式的信道纠错编码技术正被广泛发展研究。结合空间激光通信链路中误码性能的主要影响因素,分别选择合适的编码方案进行分析。通过仿真实验可知,对于在大气结构参数为1.5×10~(-14) m~(-2/3)、风速为20 m/s的空地激光链路的环境下,在系统数据速率为2 Gbit/s、要求误码率为10~(-6)时,LDPC码结合交织码相对未编码系统有3 dB的等效编码增益,LT码相对未编码系统有3.8 dB的等效编码增益。提供了一种能快速生成、扩展和校验的编码和交织实现方法,以抵抗大气湍流的快速变化对系统性能产生的影响。     

水下激光通信中偏振技术研究

由于水下激光通信系统中,信号受信道水体的吸收、反射和散射影响较大,因此对系统接收端信号的码判决能力和信号能量大小提出了很苛刻的要求。这些因素对系统的通信质量和通信距离都有较大的影响。利用偏振光的水下偏振特性和水下传输特性,从理论上分析如何使水下数字光通信系统的误码率得到降低。并且在试验中应用偏振光作通信载波,证明了利用偏振光作通信载波可以降低系统的误码率。从而找到了提高水下激光通信系统通信质量的方法。