空间激光/量子通信技术研究进展与发展探索

空间激光通信是实现高速天地一体化信息网络的主要技术途径,量子通信是确保高保密数据传输最可靠的方式。概述激光、量子通信的国内外发展现状,分析空间激光、量子通信技术的发展趋势和集成化应用,归纳其面向工程应用亟待突破的关键技术,以期对构建我国天地一体化激光、量子通信网络有所帮助。     

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。     

空间激光通信调制技术的研究进展

空间激光通信系统具有传输速率高、体积小、质量轻、功耗低等特点,适用于卫星高速数据传输。激光通信调制技术作为空间激光通信系统的一项关键技术,是影响系统通信性能的主要因素之一。首先,介绍空间激光通信调制技术的原理及其分类,并对其优缺点做比较分析,再对激光调制的关键技术进行阐述;然后,从发展阶段与应用环境角度对国内外已报道的空间激光通信调制技术研究进展进行总结;最后,对空间激光通信调制技术的发展趋势进行展望。     

星载小型化激光通信终端技术研究现状及发展方向综述

针对微小卫星星间数传发展对载荷传输速率要求更快，平台体积重量和功耗约束更高的趋势，小型化激光通信终端是最优解决方案。文章介绍了激光通信系统常见组成、波长体制和终端构型，深入分析了美国、欧洲和日本等国外典型星载小型化激光通信终端技术发展现状，并介绍了星载小型化激光通信终端的应用前景。最后得出星载小型化激光通信技术的未来研究方向：一方面是激光终端的小型化、一体化和模块化的设计与实现，一方面是初始指向技术的研究。未来急需发展网络拓扑简单可靠，业务类型多样，传输手段灵活的激光集成通信网络，星载激光通信终端技术需具备组件可集成、功能可重构的功能。     

基于码元同步环路的激光测距通信一体化算法优化研究

精密测距与高速通信一体化技术已发展成为星间激光链路的主要研究方向之一。为了探究基于空间激光通信系统的通信解调算法对测距性能的影响机理，根据现有的激光通信系统架构，分析了测距通信一体化系统的工作原理，搭建了基于码元同步的激光测距通信一体化系统模型，分析了基于Gardner同步环路信号跟踪系统的测距精度，并对鉴相算法进行了优化。理论和仿真证明，优化后的码元同步环能够同时实现码元同步判决和距离解算，并得到了4 dB的噪声容忍度提升，其测距方差主要与基带成型滤波参数、环路带宽、载噪比以及鉴相增益等因素有关。该算法简洁，不受载波相位影响，对高阶调制具有良好的兼容性，适用于空间激光链路系统，丰富了测距通信一体化理论，为后续一体化系统设计提供了仿真依据。     

天地信息网络协议融合技术综述

天地信息网络融合可以实现空间与地面网络资源的充分共享和高效利用，国内外已提出多种天地一体化信息网络架构并从不同角度进行理论研究和关键技术攻关。面向CCSDS数据系统体制与空间通信协议规范（SCPS），在分析CCSDS协议体系结构及其应用发展基础上，讨论卫星链路应用TCP/IP的问题与关键机制，并综述星地一体化协议IPoC（IP over CCSDS）的技术研发与仿真研究进展。通过分析空间CCSDS协议体系与地面IP网络机制，为天地信息网络融合系统设计与网络协议研究提供参考。     

大功率高速激光无线能量信息同传技术

激光通信及激光能量传输技术都以激光为载体,进行空间传输,将能量和携带信息传递给远端设备,在系统构成上具有天然共同点,因此,在同一套系统内实现激光通信/传能两种功能,必将成为未来系统能源信息传输的有效手段,将优化系统构成,提高系统效率。文章研究了激光无线能量信息同传技术,对激光能量信息同传机制、同传机制下激光信号调制解调、高效率光电转换技术,提出高效能量信息同传系统设计方案,研制了火箭地面激光传能通信一体化样机,实现25m传输距离,激光无线供电461W,激光无线通信速率500Mbps,为下一步高效激光无线能量信息同传系统发展提供解决思路。     

空间激光通信组网光端机技术研究

随着高分辨率观测技术的发展和高数据率信息传输的迫切需求,研究高速率激光通信的全光网络迫在眉睫。文章介绍了空间激光通信技术的优点及发展趋势,提出了可用于激光通信组网的几种光端机光学原理及系统方案,分析了多反射镜拼接形式光端机的APT控制模型,为空间激光通信链路组网提供了新的技术途径。     

临近空间飞行器信息一体化初步设计

临近空间信息一体化体系的建设,是完备和闭合天地信息一体化网络的重要课题。简单介绍临近空间飞行器作为构建信息网络载体的优势,并简述课题研究的必要性以及国内外在该领域的发展现状与趋势。重点介绍临近空间信息一体化的基本体系与构成设想,分析构建临近空间信息一体化网络所面临的技术挑战。     

深度学习技术在空间激光通信中的应用

与射频通信相比，空间激光通信具有传输速率高、保密性能强、终端功耗低等优点，目前已成为当前通信领域的一个研究热点。同时，空间激光通信也面临着一些严峻的技术挑战，如大气湍流导致空间激光通信的信道情况十分复杂，复杂的信道会引发信号光强度起伏剧烈，信标光跟踪与瞄准困难，接收端的信号光场波前畸变严重等。为了提升空间激光通信在复杂信道环境中的性能，学者们将深度学习技术引入到空间激光通信系统中。多项研究表明，深度学习在空间激光通信的诸多方面表现出了优越的信息处理能力。对近年来深度学习技术在空间激光通信信号处理与检测，信标光捕获与跟踪以及波前畸变探测与校正等方面的应用做一全面梳理，并对用于空间激光通信的深度学习技术的前景进行展望。     

智能天地一体化网络的卫星跟踪测控技术综述

随着卫星互联网和我国航天测控技术的不断进步,航天测控网络朝着智能化、一体化的方向发展,在自主测控、资源分配等方面进展良好。因此,建立智能天地一体化的航天测控网是我国航天未来发展的重要目标。针对智能航天测控网中的跟踪测轨、遥测和遥控三个方面,分别介绍了相关原理与技术。同时,结合CCSDS提出的空间数据链路标准协议详细介绍了TM、TC、AOS、Proximity-1以及USLP标准,分析了不同标准所使用的技术与实际应用。本文从数据链路层和物理层的角度介绍了智能航天测控系统的工作原理及技术要求,为我国智能天地一体化卫星测控通信网的研究提供参考并予以展望。     

我国天基综合信息网构想

阐述了天基综合信息网的定义、组成和特征;介绍了美国和欧洲天基综合信息网的研究情况;提出了我国天基综合信息网的体系架构,其中包含通信卫星、导航卫星、遥感卫星、载人飞船等航天器和临近空间各种飞行器,以及地面系统。分析了该网络的特点和可用的网络协议结构;探讨了该网络的组网结构、网络协议、服务质量(QoS)路由、网络管理、网络安全防护、激光通信和星载处理交换等多项关键技术。依据国情,提出了我国天基综合信息网构想。此构想采用双层(地球静止轨道和低地球轨道)通信卫星星座和导航卫星星座,实现全球全时覆盖空间层航天器、临近空间层飞行器和地面层各种用户终端,通过星间链路、星地链路和地面线路组成一个空天地一体化的全球信息网络。在国外不设地球站的情况下,该网络可实现:国内测控站测控我国全球运行的卫星;国内遥感站实时接收我国全球遥感卫星发送的信息;国内关口站管理我国授权的全球用户站之间的互通信息。最后,提出了开展我国天基综合信息网的可行性研究建议。     

星地混合通信系统中的天地一体波束形成技术

对星地混合通信系统中的天地一体波束形成技术进行了初步探讨。说明了研究该技术的重要意义,对地基波束形成和天基-地基混合波束形成这两种实现架构进行了分析,并讨论了上行和下行自适应波束形成算法、馈电链路传输多路复用、远程误差效应校正等关键技术。     

航天器环境工程研究与展望

文章对航天器环境工程的发展进行了科学的探讨。文章指出：开展高可靠、长寿命航天器环境试验评价及防护技术研究,是航天器环境工程的长期重点发展方向;开展月球探测器特殊环境效应与模拟试验技术的研究,是探月工程的需求;航天器环境效应综合预示系统及航天器虚拟总装工艺技术,是未来发展的趋势;而建立空间环境天地一体化应用系统和建立空间环境试验与总装生产体系,是未来发展的模式。     

空地一体化信息对抗系统构架设想

首先介绍“空天一体化”作战体系概念及信息对抗系统的组成和系统特点,并基于目前信息对抗系统的现状和对未来信息战的推测,对空地一体化信息对抗系统构架做了初步的设想。重点介绍空地一体化信息对抗系统的需求、系统构架、组成、特点及关键技术。     

基于TTEthernet的综合电子系统通信网络研究

星上总线技术是综合电子系统的关键技术之一,决定了星上电子设备的功能划分及整星信息系统的可靠性设计。选择时间触发以太网(Time-Triggered Ethernet,TTEthernet)作为综合电子系统的核心总线,从网络通信机制、时间同步计算和容错性能等方面分析了TTEthernet的特性及其星载应用的优势,并在此基础上构建基于TTEthernet的综合电子系统通信网络,提出了该通信网络在拓扑结构、系统同步过程和通信协议等方面的具体实现方法,对TTEthernet在卫星中的应用进行了探索,可为TTEthernet在航天领域的研究与应用提供借鉴。