相干光通信系统光锁相环性能分析

文章基于costas OPLL工作原理和数学模型,研究分析了costas OPLL环路数学模型和环路相位噪声,并计算得到了costas环的环路带宽、线宽和90°光混频移相器输出光功率分配比等重要环路设计参数。分析计算结果为星载相干光通信系统光锁相环的设计提供了理论依据。     

低信噪比大频偏空间光信号的频率捕获研究

卫星相干光通信系统信号解调过程中,卫星相对运动会导致接收的信号光产生GHz量级的多普勒频移,信号光的远距离传输导致光信噪比极低,传统方法无法在低信噪比下补偿大范围多普勒频移,严重影响通信系统的能力。针对上述问题,本文提出了一种两段式频率捕获算法,该算法包含自动扫频和锁频控制两个阶段。自动扫频阶段通过本振光自动频率扫描将频差缩小至100 MHz量级;锁频控制阶段通过高精度的本振光频率控制与FFT变换,在低信噪比下继续缩小频差至MHz量级。仿真验证结果表明：该算法可在2 dB信噪比下补偿大动态范围的10 GHz范围多普勒频差,满足卫星相干光通信解调需求。     

一种基于调零理论检测低气压放电效应的方法

随着我国航空航天事业的飞速发展，对微波器件的功率容量要求也变得越来越高，其受低气压放电效应影响的问题也越来越突出，建立有效的低气压放电检测方法也就变得尤为重要和迫切。为提高低气压放电效应检测的灵敏度，文章研究了一种利用调零系统搭建的低气压放电效应测试平台来检测微波器件是否发生低气压放电的方法。首先，基于相位相消理论分析了调零系统应用于低气压放电测试的工作原理；其次，通过同频信号相位叠加实验对理论计算结果进行了验证，结果表明：相比于直接检测待测件反射信号幅度变化的传统低气压放电效应检测方法，调零法具有灵敏度显著增强的优点；最后，在100Pa~4500Pa的气压范围内，利用所搭建的测试平台对S波段的微带带通滤波器进行了低气压放电测试，结果表明：该测试平台可以根据调零信号的变化，有效实现对微波器件的低气压放电效应进行检测。     

用于提高SAR对比度度和分辨率的极化技术

在近十年中，合成孔径雷达系统（SAR）已成为遥感技术中的一个重要工具。它的重要性在于解决其它系统设计用于同样目的一些问题的不同方面，比如光学系统。SAR系统的主要特征之一是：它是“全天侯”系统，即，该系统几乎不受气侯条件（云、雨等）的影响。SAR系统能在白天和黑夜中进行成像。这些性能使SAR系统能在全天侯获取信息和图像，而且几乎所有资料或图像都可采用。然而，采用光学系统时，仅有10%的图像不受气候条件的影响。SAR系统在获取回波信号的幅度和相位信息时，是一个相参系统。然而，SAR系统的这种相参性也同时引起了SAR系统的一个主要问题：相干斑点噪声。这种噪声在信号的幅度和相位上都会出现，但具有不同的特征。有很多技术都试图消除数据中的斑点噪声，但这些技术主要应用在幅度信息中。也有一些技术试图从相位中消除斑点噪声。从幅度或相位中消除斑点噪声的技术略有不同：对于幅度而言，数据中斑点噪声的主要特征遵循乘性模型^[1]，那么这类技术必须与之适应。从幅度中消除相干斑点的技术可分为多视和空间滤波技术^[1]。在这一种情况下，把获得的相同空间的不相关数据进行平均处理。在第二种情况下，在同样的图像上求平均数。这些技术虽然能消除相干斑点，但它们也存在损失分辨率的问题。应用在相位上的去相干斑点技术与应用在幅度上的去相干斑点技术相比，结果要差一些。某些技术在极化通道之间进行综合，得出一幅图像，但这样做必须会推动极化信息^[2]。在其它情况中可用极化分集的思想来恢复强度信息^[3]。还有些技术则于对极化通道的实部和虚部进行处理来进行相干斑点抑制^[4]。本文介绍了一种从相位和幅度中消除相干斑点的新方法。这种方法的优点在于用几乎同样的方式来处理相位和幅度中的斑点噪声。     

四单元短背射式自跟踪天线的研制和分析

文章介绍了一种新型的Ｓ波段四单元短背射单通道单脉冲（ＳＣＭ）自跟踪天线系统。单元天线采用了高增益、宽频带改进型正交极化的短背射天线。简述了天线系统工作原理和设计方法，提出了ＳＣＭ天线系统调试的相位测试法。并对天线系统进行了理论分析，对系统主要电气指标如和差方向图、差方向图零点位置、零深、分离角及左右旋零点不一致性等给出理论计算公式，实测结果表明这些公式可用于工程设计。系统增益Ｇ≥２２ｄＢ，大于１５％的带宽内ＶＳＷＲ≤１．５，零深度Ｚｄ≤－３０ｄＢ，左右旋零点不一致动△Φ≤０．２０°，天线质量Ｗ≤１８ｋｇ。     

相干光接收机时钟恢复算法的FPGA实现

低轨小卫星在进行相干激光通信时，需要实时解决发射端与相干光接收机之间存在的时钟偏差问题。分析了时钟偏差对相干光接收机性能的影响，设计了一种基于Gardner算法的并行化时钟恢复反馈环路来对时钟的偏差进行纠正，对各组成部分的原理进行了说明，并在现场可编程逻辑门阵列FPGA上实现了该算法，将 5 GSa/s 的采样信号在 FPGA 中以 156.25 MHz 主频，分为并行 32 路完成时钟同步处理，且实时时钟同步算法仅占用 FPGA 的 590 个自适应逻辑块和 4 个乘法器单元。同时，采用自研的集成化相干光通信模块，演示了 10 Gb/s 偏振复用正交相移键控 PM-QPSK 相干光通 信系统实验。实验结果证明该方案能稳定地补偿本地采样时钟的频率和相位偏移带来的采样定时误差。以 7%开销硬判 决前向纠错码 HD-FEC（Hard Decision Forward Error Correction）为门限，系统的灵敏度优于–51 dBm。     

用于静止目标SAR检测的相干空间滤波

对UHF合成孔径雷达（SAR）图象进行的分析揭示了像长导线或大卡车那样的分辨目标的空间相干相位结构。这一相位变化可由一个单一的与距离相关的因子4π4/λ近似，产生一个线状图象空间谱。这种图象的相位和谱特征可为相干空间波滤所利用，以改善大型目标的目标杂波比并提高在强杂波环境中检测静止目标的能力。     

天基雷达高速微弱目标的积累检测

本文研究天基雷达高速微弱目标的相干积累检测问题。首先根据回波高阶相位影响包络补偿效果的程度对数据进行分段处理;然后对每个数据段采用速度滤波器组进行划分和Keystone变换补偿包络走动并结合分数阶傅立叶变换估计回波相位历程;最后利用最小二乘方法拟合出目标的运动参数并对目标回波进行长时间相干积累。仿真结果表明本文方法具有良好的高速微弱目标积累检测性能。     

合成孔径雷达自聚焦方法介绍

合成孔径雷达是一相干成像系统，维护回波信号间正确且精确的相位关系是获得高分辨率图像的关键。而在实际中，例如平台不稳、成像算法的近似等一些因素都会影响相位相干性，造成相位误差，使图像质量下降。因此采取基于数据的自聚集技术来减少这些相位误差是很有必要的。     

光强干扰调制对光纤陀螺零偏的影响

方波调制信号是全数字闭环光纤陀螺的基准信号,该信号会通过电源线、地线或以空间电磁场的形式耦合到光源驱动电路上。基于相干检测原理,推导了由该耦合信号产生的等效相位延迟的计算公式,利用仿真模型估算了-120dB耦合强度对不同精度陀螺闭环零偏的影响,利用锁相放大器（LIA）测量了实验电路板上耦合信号的幅值,证明了该耦合信号与光纤陀螺零偏的相关性。光源驱动电路抗干扰改进后实验样机精度提高了40％,即0.14°/h。结果表明：光源驱动电路中耦合的方波信号是光纤陀螺产生零偏的因素之一,必须在硬件设计或信号处理算法上加以抑制。     

GPS接收机的相干干扰

简述了相干干扰的原理,分析并实验验证了GPS接收机的定位位置只与其接收天线有关,提出了4种相干干扰方法,认为分布式转发干扰方法更好。     

激光频率波动对内差相干通信载波恢复性能的影响分析

搭建内差相干激光通信系统频率波动模型,对比分析BPSK和QPSK两种信号在不同频率波动条件下和Viterbi-Viterbi滤波器长度时的载波恢复性能。结果表明,当系统的工作状态稳定后,在激光频率波动幅度和波动频率较小时,两种信号的光信噪比损失平均值均小于0.5dB;随着波动幅度和波动频率的逐渐增大,Viterbi-Viterbi滤波器的长度越大,光信噪比损失就越严重。当Viterbi-Viterbi滤波器长度分别为7和11时,两种信号载波恢复性能良好。此时,BPSK信号由波动幅度引起的光信噪比损失平均值分别为0.11dB和0.16dB,由波动频率引起的光信噪比损失平均值均为0.15dB。而QPSK信号由波动幅度引起的光信噪比损失平均值分别为1.7dB和2.9dB,由波动频率引起的光信噪比损失平均值均为0.8dB。因此,对于相同的Viterbi-Viterbi滤波器长度、波动幅度和波动频率,BPSK信号的抑制激光频率波动能力优于QPSK信号。     

窄带实高斯噪声对外差式零拍装置的干扰机理

以外差式CW多普勒引信为例分析了外差式零拍装置提取差频信号的基本原理,把外差式零拍装置在数学层面上抽象为对线性叠加信号求平方后提取低频分量的模型。根据该模型,从理论上证明了：窄带实高斯噪声单独通过外差式零拍装置后输出的低频噪声的带宽将得到加倍,噪声与本振信号相互作用后产生新的噪声分量将使低频噪声功率比无本振信号时得到增加;回波信号加窄带平稳实高斯噪声通过零拍装置后干信比将得到增强,且增强的程度将随本振信号功率的增加而降低。计算机仿真分析的结果验证了上述结论,也正好解释了早期CW引信极易受到频率对准噪声干扰而早炸的实际情况。     

激光靶斑阵列数据遥测系统传输特性分析

介绍了一种用于激光靶场试验中测量激光靶斑阵列数据的ＷＹＫ２１遥测系统，对该系统的传输特性，包括数据传输误码率，遥测接收灵敏度和系统功率传输裕量进行了分析研究。     

基于轨道角动量的星间激光通信技术

介绍了将轨道角动量（orbital-angular-momentum, OAM)）作为新复用维度的星间激光通信系统设计。轨道角动量理论上具有无限种模态且各模态间两两相互正交,这意味着基于OAM复用的通信系统可大幅度提高频谱效率和信道容量。分别对星间激光链路的发射机和接收机的实现架构进行了介绍,发端采用无衍射贝塞尔-高斯光束进行编码、调制和OAM多路复用;收端利用具有与发端相反的螺旋相位移除OAM光束的方位角相位以恢复光束的平面相位波前,并通过光电探测器、解调器和译码器来恢复数据。此外,还分析了多普勒频率、卫星摆动和背景噪声等因素对于系统的影响。提出的基于OAM技术的星间激光收发系统设计方案对于未来大容量星间通信系统设计与实现具有重要意义。     

半导体激光准直仪设计

根据KM6太阳模拟器光学装校系统的技术要求,文章提出了半导体激光器输出光束的两套准直方案.分别介绍了这两套技术方案的原理,并进行了比较,决定采用在激光器前加前准直光学系统的方案.介绍了准直光学系统的设计,并对所设计的光学镜头进行了像质分析;设计了与光学系统相配套的机械结构,给出了激光光束的准直性分析.结果表明:自行设计的半导体激光准直仪,技术指标明显优于市场上可提供的光束发散角为5～8 mrad的半导体激光准直仪.为KM6太阳模拟器光学系统装校工作顺利进行提供了保证.     

航天器激光防护材料研究现状与发展趋势

根据激光防护的原理和途径,介绍了基于线性光学原理、基于非线性光学原理和基于相变原理的激光防护材料的特点及其国内外研究进展,讨论了激光防护材料的发展方向。     

一种基于稀疏表示的DOA估计新方法

提出了一种基于空间频率稀疏表示的宽带波达方向DOA估计方法。首先利用空间频率构建过完备字典,以代替传统的频率和角度的二维字典,大大缩小了字典长度。然后对接收到的数据进行傅里叶变换,建立稀疏模型进行DOA估计,提高了算法在低信噪比下的性能。经验证,该算法可对宽带范围内的多个窄带信号及宽带信号进行高精度DOA估计,且适用于非相干信号和相干信号。     

月壤含水特性原位快速预判传感器设计与验证

基于月壤和水冰对不同谱段近红外激光存在吸收/反射差异性的特点,提出了采用多模近红外激光光强差异反演月壤含水特性的水冰原位快速预判方法。通过发射/接收光路同轴设计及多模激光光路分时复用设计,实现了多模激光光学系统轻小型化设计,研制出基于多模近红外激光的月壤水冰原位快速预判传感器工程样机,并开展了针对低含水率极区模拟月壤的含水特性原位预判试验。试验结果表明：该传感器水冰检测限可达0.39%,单次预判时间可优于1 s,光斑直径@检测距离为5 cm@500 mm,传感器具备对地面模拟月壤含水特性进行原位快速预判的能力。