国外空间激光通信技术的发展现状与趋势

为了满足日益增长的大数据量、高速数据传输速率的需求，NASA、ESA、JAXA等航天机构正在开启空间激光通信技术的时代。各国纷纷在GEO-LEO、LEO-LEO、LEO-地面，以及地-月等不同轨道验证了激光通信终端的在轨性能。介绍了国外开展的激光通信技术演示验证试验情况，重点介绍了以月球激光通信演示验证试验（LLCD）为代表的深空激光通信技术，以及以半导体星间链路为代表的星间激光通信技术。通过阐述国外激光通信技术的发展现状，分析了激光通信技术的未来发展趋势。期望通过该技术的研究，对我国激光通信技术的发展提供参考借鉴。     

可用于深空信息传输的光纤激光相控阵技术

提出采用面向动态连接的光纤激光相控阵的深空激光通信及全光组网技术,对4~35万千米深空探测链路功率进行了仿真,由于1.55μm掺铒光纤放大器的饱和输出限制,使其安全裕量大大低于1.064μm载波源的安全裕量。模拟了1.064μm的光纤激光相控阵在深空通信中的远场强度分布图,阵元数目为20×20时,阵元间距为20μm、纤芯半径为10μm,远场的扫描角度范围为±1.309°。结果表明,1.064μm光纤激光相控阵光源具有深空链路传输优势,该研究为面向动态连接的激光相控通信的实现提供理论依据。     

激光测距通信一体化技术研究及深空应用探索

概述了空间激光测距通信一体化技术的研究现状,提出了一种激光精密测距与高速通信一体化技术,基于双向单程测距原理,在BPSK外差相干激光通信的基础上,采用码元相位测量实现了激光测距与通信一体化设计,并完成了地面实验验证。实验结果表明：在通信码速率1 Gbit/s的情况下,其测距精度优于0.9 mm,并分析了参考时钟频差对测距精度的影响。最后对激光测距通信一体化技术在未来深空探测中的应用进行了探索研究。     

月地高速激光通信系统链路特性分析

根据地球、月球、探月卫星的三体运动,针对月地激光链路的建立与保持,分析了地球与月球对链路的遮挡问题,对链路模式进行分析。仿真结果表明:使用3颗月球极轨(Moon Polar Orbit,MPO)卫星来进行通信时,链路中断的次数将大大减少,但是在某些时间段上,仍然受到月球的遮挡而迫使通信链路频繁中断。使用4颗MPO卫星来进行通信时,链路将不再受到月球的阻挡,而仅受到地球的遮挡。同理,增加地球同步轨道卫星的数目可避免地球的遮挡。仿真结果表明,采用2颗地球同步轨道(Geostationary Earth Orbit,GEO)卫星建立链路,链路将不会受到地球的遮挡,建立深空科学研究的信息中继中心,采用激光通信技术,实现月地高速激光信息传输,为我国深空探测技术的发展提供支撑。     

深空月地激光高速信息传输技术

深空月地激光高速信息传输技术利用光波进行深空信息传输,相比于传统微波波段的信息传输技术而言,在同样传输数据率情况下,具有通信终端体积小、重量轻、功耗低等优点,数据传输过程中接收灵敏度更高。此外,由于激光光束较窄,能量更为集中,可达到更远的传输距离。针对深空月地激光高速信息传输技术,介绍了深空月地激光信息传输技术发展的必要性和迫切性,阐述了国内外深空月地激光高速信息传输技术的研究发展现状;论述了深空月地激光技术上的挑战和技术可实现性,可为我国深空激光通信的发展及其工程化应用提供参考。     

美国深空网的发展及其未来规划

1引言□□深空探测是指对月球和月球以远的天体和空间进行的探测,对实施深空探测的航天器进行测控通信的系统称为深空测控通信系统,它包括深空测控通信地面站和空间应答机两大部分。行星探测始于20世纪50年代末,美国和苏联/俄罗斯是行星探测的主要力量,它们通过发射无人行星探测器对太阳系内行星进行了大量的探测,极大地提高了对太阳系的认识程度。近些年来,深空探测再次成为航天技术发展的热点。目前,美国、欧洲航天局和俄罗斯等国家和组织已经建立了深空测控系统或测控网。法国、意大利和印度等国也在计划建立自己的深空站(DSS),用于对…     

萤火一号深空测控设备

深空测控通信是实施深空探测的关键技术, 萤火一号探测器是中国第一个深空探测器. 本文介绍了深空测控通信的特点、存在的技术困难及需要攻克的关键技术, 描述了萤火一号火星探测器的测控通信技术方案及星载测控设备的功能分配, 给出了星载测控设备的基本配置情况及主要技术指标. 萤火一号探测器的测控和数传采用一体化设计方案, 在10 kg重量约束条件下, 实现了上行遥控通道及下行遥测通道, 具备科学数据传输通道及测定轨信号发送的功能, 而且每个通道均具有冗余备份设备.      

弱太阳闪烁对深空通信的影响

行星聚合和太阳闪烁是影响深空通信的重要因素. 分析了行星聚合和太阳闪烁的物理特性, 建立了弱太阳闪烁条件下深空通信信道的Rician 模型, 并得出了当Rician 因子大于10 dB 时近似为高斯信道的结论. 对弱太阳闪烁下X 波段和Ka 波段的通信性能进行了仿真, 这对建立可靠的深空通信链路具有十分重要的意义.      

复杂深空通信网络的LTP传递时延建模及验证

针对简化场景下建立的LTP（Licklider Transmission Protocol）传递时延模型无法直接应用于复杂场景的问题，提出了一种复杂深空通信网络的LTP传递时延理论模型。已有研究多关注于一到两跳的简化场景或 bundle 保管开启状态下多跳场景数据传输模型的建立，然而其结果在复杂深空通信网络中，对于在 bundle 保管关闭状态下的深空通信并不适用。本文对LTP在复杂深空通信网络中的传输机制进行了分析，基于此分析对LTP在复杂深空通信网络中的传递时延进行了理论建模，搭建了仿真验证平台，仿真分析了模型的正确性及优势。结果表明，该模型计算结果与实验结果较为吻合，相比基于简化场景建立的理论模型，本文所提出的模型更加适用于复杂深空通信网络。      

深空探测低信噪比通信研究

与传统无线通信相比, 深空通信由于传输损耗巨大、探测器能量受限且轨道多变等因素, 须解决信噪比(Signal to Noise Ratio, SNR)极低、数据接收不连续及信道参数多变等难题. 针对这些问题, 论述了在深空探测极低SNR下需重点研究的深空天线组阵、编码与调制、联合解调译码、喷泉码以及其自主无线电实现等关键技术, 以有效协助解决上述深空通信难题. 同时, 讨论了这些关键技术的发展趋势及其在未来深空通信中的应用.      

深空辐射条件下EDFA波分复用性能研究

随着对空间试验卫星光通信系统数据容量需求的逐年增加,空间波分复用技术将成为拓展通信容量的有效手段,需要研究掺铒光纤放大器(Erbium Doped Fiber Amplifier,EDFA)波分复用特性在深空辐射条件下的性能变化情况。研究了深空辐射及温度场对EDFA的性能影响、非均匀特性,建立了深空辐射条件下EDFA的波分复用(Wavelength Division Multiplexing,WDM)技术信号之间的增益影响模型,给出了增益的非均匀变化影响的评估方法。并分别采用电子和中子作为辐射源,进行了地面模拟深空辐射环境的辐射电离效应和辐射位移效应实验,实验结果进一步验证了该模型正确性。利用该模型,可获得深空辐射环境中,不同辐射类型、不同温度下,EDFA在WDM应用时各波长增益的非均匀特性,可为深空光通信中EDFA的WDM应用提供参考。     

中国深空测控系统建设与技术发展

我国深空测控系统是伴随着探月工程“绕”“落”“回”三步走战略的实施,从突破关键技术、初步建成系统到系统完善,逐步建立起来的,火星探测工程的实施将进一步带动深空测控系统能力的建设。站在历史的视角,从顶层设计、关键技术攻关和系统建设等方面,回顾了我国深空测控系统从无到有的发展历程,并结合未来深空测控技术的发展,对我国深空测控系统的发展前景进行了展望。     

中国深空探测任务轨道控制技术综述

深空探测作为人类航天活动的重要方向,是人类探索宇宙奥秘和寻求长久发展的必然途径,也是衡量一个国家综合国力和科学技术发展水平的重要标志。深空探测轨道控制技术作为决定深空探测任务成败的关键技术之一,越来越多地受到关注并得到应用,成为各国深空探测技术研究和发展的热点。以我国探月工程各次任务为脉络,简述了历次任务轨道控制的目标和实施效果,总结了主要技术创新,在此基础上,展望了我国未来深空探测轨道控制的发展趋势。     

天基通信与太空射电望远镜功能一体系统

摘要： 针对现有地基深空通信系统存在深空通信距离不够远、数传速率不够高等缺点,提出一种基于分布式协同控制的天基主动深空通信与太空射电望远镜功能一体系统.该系统部署在地球静止轨道上,由1颗馈源星、1颗中心星和4294颗小卫星（单元星）通过精密编队和在轨自主组装的方式构成,一体化集成天基主动深空通信功能和射电天文望远镜功能.该系统可以为深空探测器提供一个星地高速中转站,由于其部署在地球静止轨道,几乎不受大气云层影响,可以大幅度提升深空探测通信支持距离和数传速率,且能使射电天文望远镜的分辨率和灵敏度提升1~2个数量级.     

深空探测自主导航与控制技术综述

深空探测自主导航与控制技术是深空探测任务成功实施的关键。基于开展深空探测自主导航与控制技术研究的迫切性,综合分析和评述深空探测自主导航与控制技术的研究进展,着重分析深空探测自主导航与控制的必要性和国外深空探测自主导航与控制技术的研究发展趋势,提出深空探测自主导航与控制的关键技术,根据分析,提出了发展深空探测自主导航与控制技术的建议．     

空间核动力在深空探测中的应用及发展综述

在概要介绍空间核动力发展历程的基础上,总结了同位素热/电源、核反应堆电源、核推进在深空探测领域的应用情况和相关发展情况,并讨论了空间核动力的安全问题。对未来空间核动力在深空探测中应用面临的技术问题进行了展望。     

中国月球与深空探测有效载荷技术的成就与展望

有效载荷是实现科学目标最直接的工具,其技术手段和水平影响科学目标的可实现程度。简要回顾了中国月球与深空探测的科学目标与有效载荷配置。介绍了"嫦娥1号"和"嫦娥2号"月球环绕探测器中采用的CCD立体相机、干涉式成像光谱仪、激光高度计、微波探测仪、伽马射线谱仪、X射线谱仪、太阳风粒子探测仪、高能粒子探测仪等遥感探测类有效载荷的技术实现、探测结果和取得的成就。同时,也介绍了"嫦娥3号"月球着陆器和巡视器中采用的地形地貌相机、月基光学望远镜、极紫外相机、红外成像光谱仪、粒子激发X射线谱仪、测月雷达等就位和巡视探测类有效载荷的技术实现、探测结果和取得的成就。分析了有效载荷技术的发展趋势,展望了我国未来有效载荷技术的发展。