深空激光通信进展及应用研究

深空激光通信是实现深空高速通信的主要手段之一。对国外深空激光通信的发展现状进行了综述,总结了深空激光通信技术发展的若干启示,给出了深空激光通信的典型应用,分析了深空激光通信涉及的主要关键技术,以期为我国深空激光通信的发展提供一定的参考和借鉴。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

环月-地面激光通信链路运动特性分析与设计

为了实现中国环月飞行器与地面站之间的高速激光通信，建立了环月-地面激光通信链路运动特性模型并进行了仿真分析。结果表明：利用地面站与环月飞行终端分别构建月地直接信息传输链路和月地中继信息传输链路时，喀什站的两种链路总可见时间比阿根廷站分别增加了约4.5%和6.5%,因此选取喀什站更有利于月地激光通信链路的构建；对于环月终端，其转动机构方位角范围-180°～+180°,俯仰角范围-19°～+89.7°,其最大提前指向角达18.2μrad;该月地激光链路的SEP(sun-earth-probe)角和SPE(sun-probe-earth)角近似呈周期性变化，每隔约15天出现一次最小值，因此激光终端设计时须考虑抗日光干扰；对于1 550 nm激光载波的多普勒频移量为±1.28 GHz,多普勒频移变化率达1 MHz/s,因此激光通信体制的选择须考虑多普勒频移变化特性。根据链路仿真结果和功率预算给出了环月-地面激光通信链路的设计建议。研究结果可以为环月-地面激光通信链路的设计提供参考。     

基于单光子探测器恢复时间的误码率分析

在深空激光通信中，为满足通信距离远、传输速率高的要求，常采用脉冲位置调制（Pulse Position Modula-tion， PPM）与单光子探测器（Single-Photon Detector， SPD）相结合的探测体制。本文从单光子探测器的恢复时间特性出发，推导了探测器单元探测概率和虚警概率模型，建立了基于信号或硬判决和最大计数硬判决的多元单光子探测器阵列误码率模型。仿真分析结果表明：在16-PPM调制和RS（15，8）编码（Reed-Solomon Codes，里德-所罗门编码）体制下，为实现1.22 Gbps的通信速率、误码率优于10^-7，当探测器单元数为4时，探测器恢复时间应≤3.2 ns；当探测器单元数为25时，探测器恢复时间应≤10 ns。