脉冲展宽对深空激光通信的影响与补偿研究

深空激光通信系统下行链路的脉冲位置调制PPM（Pulse Position Modulation）信号在经过大气信道传输和单光子探测器接收时,将出现脉冲展宽效应,引起通信系统性能下降。分析了大气信道中的淡积云云层散射、大气湍流与气溶胶散射和单光子探测器的抖动特性所引起的脉冲展宽效应。在此基础上,仿真分析了淡积云云层物理厚度对不同PPM调制阶数下通信速率的影响,并研究了单光子探测器引起的脉冲展宽产生的抖动损失。为补偿脉冲展宽的影响,提出了一种基于时隙似然比解调的补偿方法,通过仿真验证了该方法能够有效降低深空PPM激光通信链路中脉冲展宽对通信误码率的影响。该研究对分析和提升深空PPM激光通信系统的链路性能具有一定的参考意义。     

星地激光通信链路中的极化码性能研究

在星地激光通信链路中，激光在大气信道中传输时容易受湍流作用，导致信号功率衰落。考虑到极化码在短码下的优良性能和较低的实现复杂度，将其应用于星地激光通信系统中来对抗大气湍流引起的信号衰落。基于对湍流信道的分析，搭建了星地激光通信系统仿真平台，并在其中引入了极化码。实验结果表明在中等湍流和强湍流下，极化码分别降低了13%和25%的通信中断概率，极大地改善了星地激光通信系统的性能。     

大气湍流信道中的激光束传输到达角起伏计算及实验

到达角起伏是影响近地大气激光通信链路性能的最主要因素之一。文章对近地大气湍流信道中的激光束传输到达角起伏进行了计算和实验研究。研究结果表明,在大气折射率结构常数为10^-13～10^-16量级的范围内,根据Kolmogorov湍流理论,当大气信道满足局地均匀各向同性条件下,由理论分析和实验数据计算出到达角起伏的值,进而计算出的大气折射率结构常数值,与实验测得的大气折射率结构常数值是基本一致的。     

基于模式分集的星地激光通信技术研究

针对星地激光通信的大气湍流导致信号光损伤这一问题，实验搭建了一种能够补偿大气湍流的空间激光通信系统，采用模式分集接收结合最大比合并方法对大气湍流进行补偿，采用相干探测技术对高阶调制信号进行光电探测。在不同湍流强度下进行了传输实验，结果表明：模式分集空间激光通信系统的性能相比较于单模光纤接收系统有较大提升，随着湍流强度的增加，性能提升更加显著。在弱、中、强三种湍流强度以及相同目标误码率情况下，模式分集系统相比单模光纤接收系统分别降低了约4.2 dB、5.1 dB 和 5.5 dB的链路损耗。在弱、中、强三种湍流强度以及相同目标中断概率下，模式分集接收系统相比单模光纤接收系统分别降低了约3 dB、5.9 dB 和 4.3 dB的链路损耗。     

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。     

基于相推法的空间光载射频链路绝对延时测量

空间光载射频链路利用空间光链路实现射频信号的传输.由于采用大气信道传输光载射频信号,链路绝对延时受到大气湍流和温度等因素影响,产生延时抖动.本文采用相推法对1 km空间光载射频链路的绝对延时进行了高精度测量,测量结果与理论模型吻合,测量精度优于0.1 ps.该测量方法采用电光调制和射频鉴相实现了链路绝对延时测量,与光载...     

M湍流信道下副载波BPSK调制系统的误码率分析

将FSO激光通信应用于遥测系统已成为技术发展趋势。讨论FSO激光通信中BPSK调制的误码率问题,提出一个复合信道模型。该模型考虑了大气衰减、M大气湍流模型和非零瞄准指向误差的共同影响,并利用Weibull分布拟合得到一个近似模型。基于这个近似信道模型,利用广义Gauss-Lagueree展开式,推导出误码率闭合表达式,并分析FSO激光通信副载波BPSK调制系统的误码率性能。数值仿真结果表明,推导的误码率理论值与仿真值十分接近。该研究有助于未来将激光通信应用于遥测系统的设计。     

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。     

QPS信号在大气空间中的衰减特性分析

量子定位系统（QPS）是一种高精度安全的定位技术。阐述了量子定位原理,重点分析了QPS信号在大气空间中的传输特性,得出不同波长在不同通信距离下信号的衰减,计算了一定波长不同能见度下实现QPS定位的通信距离。根据研究,可选择合适的波长以减小大气的吸收、散射及湍流对信号的影响,设计合适的卫星高度和基线长度提高其定位精度。所做的研究可为实际设计QPS定位系统提供理论参考依据。     

基于激光高速通信信号的精密测量方法与性能分析

随着天基定位、导航、授时（Position，Navigation and Time，PNT）系统和天地一体化信息网络的建设，利用星间链路实现高速通信和高精度测量，构建天基信息网络和维持天基时空基准，对星间链路的发展提出了更高的要求。激光波束窄，方向性好，抗干扰能力强，可以实现更高的信息传输和更高的测量分辨率。通过激光星间链路的通信测量一体化设计，实现通信与测量功能的高度融合，共用相同的物理信道和信号设计，将会极大地提升系统性能，降低系统复杂性，从而实现载荷的小型化设计，这已成为星间链路的发展趋势。针对通信与测距一体化的需求，文章设计了基于高速通信信号的激光测量通信一体化方案，并对测量性能进行了理论分析；采用激光测量验证系统，对理论分析进行了验证。实验表明，在1Gbit/s的通信速率下，星间测量精度优于1mm，相比于目前微波星间链路测量，精度提升了30倍。     

亚毫米波大气传输计算及分析

主要研究了在近亚毫米波段的大气传输特性，通过分析红外区和毫米波区的大气２模型，给出了亚毫米波段的大气传输模型参及加权项的表达形式。在吸收模型的理论的基础上，推导了以宏观气象条件为参变量的解析表达式，并由实验数据加权后的模型进行了验证分析，加权模型与实验数据基本吻合。在散射模型中，提出了以粒子的统计分布均值代替一般的密度分布，从而提高了计算精度。分别推导了Ｍｉｅ和Ｒａｙｌｅｉｇｈ散射系数求解的数学表     

对流层散射传播机制与特性分析

文章从对流层的一般特性入手,介绍了目前对流层散射传播机制研究的三种主要理论模型,分析了对流层散射传播所具有的一系列突出优点,同时重点讨论了传输损耗特性和衰落特性,并提出了克服其不足的有效措施,最后对未来的研究重点进行了展望。     

一种利用面质比调整提高编队构形稳定性的方法

分布式卫星编队构形受大气摄动的影响会产生沿航迹方向的相对漂移。通过合理的面质比调整,可以降低漂移,提高构形稳定性。基于包含周日效应的大气密度模型,研究了编队卫星轨道能量耗散的差异,进而指出大气摄动引起的构形漂移与构形初始相位、以及轨道面和太阳密度周日峰方向夹角之间存在的关系。给出解析形式和数值方式2种面质比调整方法,并对后一种方法进行了仿真。仿真结果显示,利用文中给出的面质比调整方法,能够大大提高构形的稳定性。     

基于THz大气窗口的金星地表遥感研究

文章以金星快车VIRTIS载荷相关数据为出发点,验证金星大气模型相适应参数及其窗口。并通过模型参数中的THz频谱分布,阐述实现金星地表遥感探测科学目标的THz相适应理论基础,并提出多功能金星遥感构想。     

大气密度对降落伞充气性能的影响

尽管火星表面大气非常稀薄，但降落伞仍是火星探测着陆系统中一种重要的减速装置。文章建立了一个降落伞的充气动力学模型，并根据此模型研究了大气密度对降落伞充气性能的影响。结果表明：降落伞的充气时间和充气距离是随大气密度的减小而增大，同时，随着大气密度的减小，降落伞开始张开的速度变得非常缓慢。     

大气密度对降落伞充气性能的影响

尽管火星表面大气非常稀薄,但降落伞仍是火星探测着陆系统中一种重要的减速装置。文章建立了一个降落伞的充气动力学模型,并根据此模型研究了大气密度对降落伞充气性能的影响。结果表明:降落伞的充气时间和充气距离是随大气密度的减小而增大,同时,随着大气密度的减小,降落伞开始张开的速度变得非常缓慢。     

大气对遥感卫星图像品质的影响分析

影响遥感卫星图像品质的因素很多,其中包括成像条件中的大气辐射.文章根据遥感成像理论分析了大气辐射对遥感卫星图像品质的影响,计算了大气背景及大气对图像层次和图像对比度的影响.最后,结合遥感相机的特点,给出了减少大气影响、提高图像品质的建议.     

航天器大气进入过程制导方法综述

研究承担进入任务的升阻比小于0.5的小升阻比航天器,基于对该类航天器大气进入制导方法的调研,分别以地球大气再入和火星大气进入过程为例,分析了进入制导需满足的各种约束和待解决的技术难题,并对大气进入制导控制方法的研究现状进行了阐述,对不同方法的优缺点进行了对比研究分析和归纳总结,对未来研究发展方向进行了展望。     

高层大气模型对空间站轨道漂移和寿命的影响分析

本文以轨道摄动分析方法一阶理论为基础，其中大气阻力摄动采用数值积分方法，给出一种可利用各种大气模型进行轨道摄动分析的计算方法，并利用三种高层大气模型（ＣＩＲＡ—７２，ＣＩＲＡ—８６和ＤＴＭ）和三个太阳活动水平（Ｆ１０．７＝１００，１５０和２００）分析比较了大气阻力振动对高度为４００ｋｍ的空间站轨道漂移和寿命的影响，以及估算修正轨道漂移所需的能量。给出的定量分析结果将为空间站或航天飞行器的轨道设计和能量估算提供依据。