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。     

超宽带相控阵天线的发展现状及星载应用展望

面向卫星载荷小型化、集成化和多功能一体化的发展趋势，具有超宽带、高增益和波束灵活特性的天线是目前星载天线领域的研究热点，其可满足通信、干扰、侦察、探测等多种不同应用场景，具有十分迫切的需求。首先对不同形式的超宽带天线单元进行了归纳梳理，根据天线的机电特性和空间环境适应性情况，给出了星载应用选型建议；其次对不同的超宽带波束形成方式进行了阐述，重点分析了不同波束形成方式的优缺点及其在卫星平台上的适用性；总结了超宽带相控阵天线涉及到的关键技术，对主要的技术途径进行了介绍；最后对超宽带相控阵天线的星载应用技术发展提出了建议，可为我国后续开展星载超宽带相控阵天线的技术研究和工程应用提供参考。     

星载相控阵天线的技术现状及发展趋势

星载相控阵天线采用现代微波集成技术,在有限的卫星平台空间条件下,实现独立控制的多个点波束,满足未来通信的需求。相控阵天线可以实现波束间通信容量的调整,还可以根据需要改变波束形状,使用自适应调零的抗干扰技术,这些技术已在国外星上设备中广泛采用,具有广阔的发展前景。文章介绍了星载相控阵天线的研究现状、关键技术,以及发展趋势,并对我国星载相控阵天线技术的发展提出了建议。     

面向微纳卫星应用的激光数传技术

针对遥感微纳卫星对地高速数传需求,开展面向微纳卫星的激光数传技术研究,突破微纳卫星激光通信终端星地快速捕获建链和协同高精度稳定跟踪、天基终端轻小型化、复合光电组件等关键技术。完成微纳卫星的天基激光终端和地面激光终端研制,并开展星地传输试验验证,实现 1 230 km、10/50/100 Mbps 的星地数据传输,验证了相关技术,为后续我国微纳卫星对地遥感应用提供了理想的星地数传手段。     

可重构多维度探测微波光子雷达

随着“太空经济”时代的到来，大国间的太空竞争也愈发激烈，对星载雷达探测系统的测量精度和多维度目标参数测量提出了更高要求。现有的星载雷达系统主要采用传统微波技术实现，面临电子器件速率低、工作带宽小、可重构性差等问题，这些问题越来越成为限制星载雷达系统进一步发展的瓶颈。将微波光子技术引入雷达系统可利用光子技术高频率、大带宽、可重构的特点有效克服电子技术的局限性，突破雷达技术瓶颈。阐述了可重构多维度目标探测微波光子雷达的特点和基本结构，介绍了多维度目标参数测量和雷达波形可重构的原理与方法，并对星载微波光子雷达的发展趋势和特殊应用环境需要考虑的问题进行了论述。随着微波光子雷达技术研究的不断深入和光电集成技术的迅速发展，微波光子雷达有望在未来星载雷达系统中得到大规模应用。     

用于星际数传的S波段四通道T组件

随着通信导航类卫星编队组网技术的日趋成熟,要求星际链路间信号传输必须高效可靠。介绍一种基于星载平台的有源相控阵S波段四通道T组件,用于星间链路数据传输。通过采用SIP多功能芯片集成技术、射频信号垂直互连技术和灵活的数据处理技术提高了集成度,实现了产品的小型化、轻量化。通过采用Wilkinson微带电路形式的功分网络,并对关键电路进行双备份,大大提高了产品的可靠性。     

新型星载信息处理与控制微系统设计

研究星载信息处理与控制系统利用微系统技术解决空间装备小型化、高可靠、高性能与高效热管理的问题。首先介绍基于新型星载器件的数据处理与控制系统架构,然后通过以晶圆级处理、芯片堆叠、微凸点制备与微组装等为核心的三维微纳集成技术,将系统核心硬件部分缩小为原尺寸的20%,从而大幅减少体积、尺寸和重量。利用高导热封装材料,解决空间电子系统高效热管理问题,提出一种新型星载信息处理与控制微系统设计和实现的通用解决方案,并通过半实物仿真验证了在小型化、高可靠、高性能与高效热管理方面的优势。     

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。     

一种星载信息系统微系统电路设计

基于星载信息系统高集成化、轻小型化和智能化的发展需求,微系统电路通过SOC/SIP等先进集成电路设计技术将CPU、 FPGA及相关功能的裸芯片高密度集成。相比传统卫星研制方式,微系统电路的体积、重量、功耗显著减小,且产品研制周期由于模块化、通用化设计得以缩减。文章介绍一种基于RISC-V指令集处理器的星载信息系统微系统电路设计方案,采用基于RISC-V指令集的双核处理器作为微系统控制核心;通过架构优化设计集成RISC-V处理器核、 FPGA、存储芯片、接口电路等;考虑空间环境的影响,通过结构级抗辐照加固设计提升微系统电路的在轨运行可靠性。     

面向下一代载荷系统应用的光子集成芯片探索

文章以光子集成技术在未来卫星宽带通信与中继一体化系统应用为出发点，开展光子集成载荷应用需求分析，完成了模拟光处理与数字光处理、模拟片上处理与离散光处理的区别分析及特性梳理。重点介绍了现行的光子载荷搭载验证情况，完成光子载荷与传统射频载荷体积、重量、功耗对比分析。在此基础上，提出一种全芯片架构的光子处理转发载荷系统，并完成相应的功能拆解及业务划分，梳理下一步需要重点攻关的片上关键技术，为构建通用化、小型化、多波束并行的高通量卫星通信载荷系统提供技术支撑。     

大气探测激光雷达校飞样机研制与飞行验证

星载激光雷达是高精度测量全球温室气体和气溶胶垂直廓线的重要手段，大气环境监测卫星大气探测激光雷达(ACDL)在国际首次采用激光积分路径差分吸收技术测量全球CO2柱浓度，采用532 nm高光谱探测技术测量气溶胶和云的廓线。星载激光雷达载荷研制期间，同步研制一套主要功能一致的机载大气探测激光雷达校飞样机，并开展机载飞行试验，获取了大量飞行试验及其对比数据，提供了机载平台真实的数据源，对于优化ACDL激光雷达系统参数和研究星载数据反演算法至关重要。最后在机载飞行平台下，验证了优于1 ppm的CO2柱浓度测量精度和优于15%的气溶胶测量精度。未来利用该机载样机可以进一步开展星地对比验证。     

NASA首个激光通信系统与月球探测器集成

据美国NASA网站报道,NASA开发了一个新型激光太空通信系统,能将卫星通信的速率提高到类似于地球上高速光纤网络的水平。"月球激光通信演示验证"(LLCD)的太空终端是NASA首个高数据速率激光通信系统,近期NASA艾姆氏研究中心将其集成到了"月球大气与尘埃环境探测器"(LADEE)航天器上。     

国外星地激光通信试验及其链路分析

介绍了国外典型星地激光通信终端的技术指标及试验验证情况,针对不同的通信终端,对影响激光通信链路设计指标的瞄准、捕获和跟踪方式(PAT)、发射和接收系统设计进行了分析比较,最后对星地激光通信链路余量设计进行了总结,可为我国星地激光通信系统设计提供参考。     

空间激光通信组网光端机技术研究

随着高分辨率观测技术的发展和高数据率信息传输的迫切需求,研究高速率激光通信的全光网络迫在眉睫。文章介绍了空间激光通信技术的优点及发展趋势,提出了可用于激光通信组网的几种光端机光学原理及系统方案,分析了多反射镜拼接形式光端机的APT控制模型,为空间激光通信链路组网提供了新的技术途径。     

星载测控终端型谱化研究

介绍星载测控终端的发展现状,分析星载测控终端型谱面临的问题以及需求包络,在此基础上,提出星载测控终端型谱的工作原则以及命名规则,形成星载测控终端型谱。合并、优化、压缩产品规格,引领通用产品研发,指导产品选用,支持研制模式转型。     

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。     

面向太阳系边际探测的激光通信方案研究

针对我国太阳系边际探测任务需求,提出了利用激光链路进行对地高速信息传输的方案。梳理了深空激光通信的国外发展现状,分析了太阳系边际探测任务的激光链路特点和约束条件,给出了飞行激光终端和激光地面站的初步方案和主要参数,进行了链路预算和影响因素分析,并对我国未来太阳系边际探测任务激光通信的发展进行展望,为我国太阳系边际探测任务的激光通信论证与实施提供参考。     

微波集成电路及个人通信卫星技术的发展动向

微波集成电路具有可可靠性高，尺寸小，成本低，便于批量生产的特点。已广泛地用于通信、雷达、电子对抗、星载电子设备等领域。个人通信已成为各国电信业务中必不可少的通信手段。同时还介绍了美国和欧洲发展个人通信卫星系统的计划。     

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。     

深空光通信技术现状及发展趋势

深空通信是深空探测任务顺利进行的重要保障。以激光为载波的通信系统具有通信速率高、体积小、重量轻和功耗低等特点，已成为深空通信未来发展的主要方向。总结了深空光通信系统的发展现状和未来发展趋势，分析了深空光通信系统的组成以及关键技术。在此基础上，就未来技术发展、组网规划、标准化和生态演进、演示验证等方面，给出了我国深空光通信发展的思考和建议。