激光测控通信技术研究进展与趋势

激光测控通信技术作为航天测控通信领域的一项新技术,具有作用距离远、测量精度高、通信速率快、抗电磁干扰能力强等优势。介绍了美国、欧盟、日本和俄罗斯在激光测控通信技术领域的最新研究进展和计划,总结了典型激光测控通信系统的主要性能指标,分析了激光测控通信技术的发展趋势,并结合我国激光测控通信技术研究现状提出几点发展建议。     

空间激光通信进展及在天基网中应用构想

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,按照"全球覆盖、重点支持、便于组网、便于管理"的原则,重点对未来激光链路卫星星座构型进行研究,提出了基于已有轨位的4节点GEO(Geostationary Earth Orbit,地球静止轨道)星座、基于已有轨位的6节点GEO星座以及激光/微波卫星共存下空间激光宽带网络发展构想;采用高效资源分配算法和智能化运行管理系统,支持我国数百个航天器、非航天器的在线管理和高速数据传输服务,可以满足我国天基平台和全球骨干节点的高速数据传输需求。通过分析论证,提出构建我国的空间激光宽带网络,需要在超长距离激光通信技术、激光链路自主建立技术、星地激光大气效应研究、空间激光宽带网络协议、卫星星座智能管理技术等关键技术和重点研究方向上集智攻关,取得突破性进展,并对未来发展进行了展望。     

月地及月地以远测控通信与若干关键技术发展趋势

通过研究国内外主要测控通信技术现状与发展动态,梳理出了目前我国在月地及月地以远距离测控通信技术遇到的挑战:面临测量精度尚不能满足科学探测更高的要求,数据传输能力难以满足更高的数据传输速率需求,关键器件自主可控较为薄弱,激光通信高精度快速捕获手段单一,以及星载终端设计与关键技术在轨验证较少等。针对这些问题,提出了对天线组阵、激光测控通信技术、Ka波段及毫米波低温接收机、超导纳米线单光子探测器、深空光学跟瞄系统、窄线宽激光光源的产生技术、光通信调制技术和高功率低噪声放大器的迫切需求,并介绍了国外最新的用于深空测控通信的新概念与前沿技术,即一体化微波/光学混合通信系统与微波光子射频信号稳相传输技术。最后,结合我国现状,讨论了我国测控通信重点发展方向及其关键技术的建议,可供构建月地及月地以远测控通信系统参考。     

空间激光通信技术最新进展与趋势

空间激光通信技术已成为现代超宽带卫星通信技术发展的新焦点。详细介绍了美国、欧洲和日本在空间激光通信技术领域的最新研究进展和发展规划,重点介绍他们正在开发的第2代空间激光通信系统的主要性能指标和采用的新技术,深入分析了国际空间激光通信技术的发展趋势,为我国开展相关研究提供借鉴和思路。     

NASA月球激光通信演示验证试验

为满足日益增长的大数据量、高数据速率传输要求,NASA(National Aeronautics and Space Administration,美国国家航空航天局)正开启采用激光技术进行空间通信的新时代,并于近年相继开展了多项自由空间激光通信技术研究项目。针对该情况,重点介绍LLCD(Lunar Laser Communications Demonstration,月球激光通信演示验证)项目的系统组成和工作状况:该项目由NASA实施,首次采用激光作为载波在绕月飞行器和地面接收机之间进行双向激光通信,通过飞行演示验证了下行速率为622 Mbit/s和上行速率为20 Mbit/s的月地双向空间激光通信,以及端到端DTN(Delay Tolerant Networking,容延迟网络)数据传输,并验证了作为激光通信链路副产品的高精度测距技术,试验成果超出预期。最后展望LLCD后续发展,供我国相关研究工作参考借鉴。     

大气信道对沿海激光通信的影响分析

为利于沿海靶场激光通信系统的设计与应用,研究分析了晴天、轻霾天、雾天、湍流等常见天气中大气信道对激光通信的影响。针对短距离近地面传输特点,利用经验数学模型仿真分析了激光透过率与能见度以及误码率与折射率结构常量的定量关系。结果表明：激光波长越长,衰减和湍流效应影响越小;晴天大气衰减对通信影响最小,轻霾天次之,雾衰减影响最严重;强湍流闪烁效应对误码率影响较大,但增加链路高度和选择长波长激光可减小影响。     

平流层通信平台动力学模型的建立

分析了平流层飞艇通信平台的特点,根据飞艇的基本操作原理,建立了一个小刚度柔性飞艇的动力学模型.作为研究飞艇通信平台飞行控制的基础,这个模型包括惯性学、动力学、空间动力学等方面的物理量,为进一步设计计算机仿真飞行控制系统提供基础.     

空间三轴激光陀螺现状与展望

空间三轴激光陀螺作为激光陀螺技术集成创新的典型代表,已充分展现出优越的综合性能。为全面了解和掌握空间三轴激光陀螺技术发展现状,本文梳理了空间三轴激光陀螺原理与组成、主要特点、关键技术和研究历程,分析了国外主要研究机构、典型产品型谱及应用现状,从中可见空间三轴激光陀螺在国外已经非常成熟和广泛应用。针对国内发展现状和存在的差距,提出了后续发展建议,为我国激光陀螺技术发展及产业化提供了参考。     

卫星激光通信终端控制系统稳定性设计

卫星激光通信终端控制系统的稳定性是激光通信链路建立与保持过程中的重要性能指标.以终端天线与快速倾斜镜(FSM)个内回路控制器设计为基础,建立了当电荷耦合(CCD)探测器获得对方终端位置信息构成激光闭合回路时整个激光通信控制系统模型,并根据时滞依赖稳定性定理推导了系统渐近稳定的充分条件,在此基础上对不稳定情况,结合锥补法...     

变换域通信系统及其关键技术

变换域通信系统通过信道估计在变换域设计信号波形避开干扰,它没有采用载波调制,而是用一个类似噪声的基函数进行信息调制。论述了变换域通信系统的基本概念,对变换域通信系统的关键技术——环境干扰估计与检测、基函数序列与波形设计、调制解调与高速率数据传输进行了分析,最后指出了其应用前景。     

飞行器测控通信技术发展趋势与建议

在研究国内外测控通信技术现状与发展动态的基础上,梳理出未来测控通信发展趋势：将走向综合化网络、高精度和航天器自主导航,发展光学测控通信技术,提升跟踪与数据中继能力,建设天基靶场,加强安全防护,以及设备高度综合化、数字化、软件化和低成本等;结合我国测控通信技术发展遇到的技术“瓶颈”与挑战,探讨了当前我国测控通信发展面临的主要任务：制定顶层规划,继续提升技术水平,满足新平台新任务测控需求,探索新概念与前沿技术等;最后,提出了我国测控通信重点发展方向及其关键技术的建议.     

星间链路在空间态势感知中的应用研究

通过对星间链路和空间态势感知系统国内外发展现状的分析,指出星间链路在空间信息有效获取、安全传输和实时应用以及保障空间态势感知系统战场生存能力等方面起着重要的作用.针对星间链路在未来空间态势感知系统中的应用需求,提出包含空间通信模型和空间导航模型在内的空间感知体系基本架构,并对该架构下星间链路的设计要求或者特点进行分析,指出星间链路应该具有灵活可变的星间路由策略和联网结构,并能够支持高速可变和安全可靠的星间数据传输.分别从空间网络和卫星节点2个层面提出了系统实现的关键技术,并给出部分关键技术的研究重点和研究方法.上述研究结果可以为星间链路及相关领域的研究工作提供一定的借鉴和帮助.     

我国深空探测地面站发射机的发展及展望

随着深空探测任务的发展,对地面站发射机输出功率有了越来越高的要求.在讨论了测控系统地面站发射机的国内外发展现状和应用趋势的基础上,重点分析了未来我国发射机的主要发展方向和趋势,并对其中的关键技术进行了详细描述;提出了我国未来发展深空探测地面站发射机应该开展关键技术、关键元器件或零部件的研究工作,以及一些技术发展方向性的理论研究的建议,为我国深空探测技术的发展提供了参考.     

空间目标地基光电探测与识别技术的发展

空间目标地基光电探测与识别技术是空间态势感知的主要技术手段之一。首先归纳了空间目标的典型光学特征,分析了用于轨道与光学特征探测与识别的两类光电望远镜特点,梳理了国外空间目标光电探测与识别技术的发展历程,简要总结了空间目标地基光电探测与识别技术和应用需求间的主要问题,展望了空间目标光电探测与识别技术的未来发展方向。     

下一代数据中继卫星系统发展思考

通过系统阐述中继卫星系统的发展过程,给出了主要国家和组织的中继卫星系统技术体制和现状.再结合卫星、载人航天器和深空探索的未来发展趋势,分析了下一代中继卫星系统的发展需求.在此基础上,从体系结构、卫星平台、链路调制体制、网络协议等方面,探讨并给出了下一代中继卫星系统的发展趋势和技术途径.为满足未来近地、深空航天任务,以及临近、低空快速移动用户的不同要求,节约系统成本,下一代中继卫星系统将向专业化和与其他系统融合的方向发展:星间链路将增加激光链路,数据速率可达到10 Gbit/s以上;多址业务成为主用,同时支持用户数能力将极大提高;对于链路调制体制,在采用CR(Cognitive Radio,认知无线电)和SDR(Software Defined Radio,软件定义无线电)技术的基础上,可实现实时自适应调整和根据需求加载配置;数据传输将采用网络化方式,天地间构成一体化DTN(Delay Tolerant Network,容延迟网络).     

天地一体化飞行器测控通信网络体系构建

空间信息综合应用是未来航天的发展趋势,引进网络化技术,打造天地一体化测控通信网是实现信息综合应用的必由之路.一体化测控通信网作为空间信息传输、分发的公共基础设施,将各类飞行器、地/海/空/天基测控站（接收站）及指控中心、测控中心、用户等都作为网中的标准节点,以实现测控通信任务统一指挥控制、飞行器态势综合显示、测控通信资源综合利用和可持续发展.从新时期航天科技的发展特点得出,空间网络化是必然发展趋势.总结了国内外航天网络化发展的研究成果,提出测控通信网络化的定义、未来体系结构以及实施步骤,设计了空间网络化飞行验证试验的基本方案,剖析了空间网络化体系构建的关键技术.     

空间网络技术发展分析与建议

针对空间数据传输与交互支持问题,介绍了CCSDS(Consultative Committee for Space Data Systems,空间数据系统咨询委员会)、IOAG/IOP(Interagency Operations Advisory Group/InterOperability Plenary,机构间操作指导组/机构间互操作大会),以及IETF/IRTF (Internet Engineering Task Force/Internet Research Task Force,互联网工程任务组/互联网研究任务组)在空间网络体系架构方面的研究进展,分析了IETF和CCSDS针对空间网络环境所发布的最新网络层协议和传输层协议.研究结果表明,IP(Internet Protocol,互联网协议)和DTN(Delay Tolerant Networking,容延迟网络)是空间网络协议体系的2个发展方向,而空间网络技术则呈现出3个清晰的发展趋势,现阶段需要重点关注路由、服务质量保证和数据流传输这3个方面的技术问题.