空间激光通信现状、发展趋势及关键技术分析

针对目前空间激光通信的背景需求,介绍了国内外星、空、地、海等平台间的空间激光通信研究与试验现状。通过对空间激光通信现状的分析,并结合科研实践,归纳出空间激光通信的高速率、网络化、多用途、一体化、多谱段5个未来发展趋势。在此基础上,从空间激光通信系统的光学结构、通信收发以及环境影响等方面,着重分析了高质量光学系统设计、高精度捕获对准跟踪、大气信道影响补偿、高速率高功率发射、高灵敏度低误码探测、一对多通信网络、平台振动与姿态补偿、器件部件空间适应性8项关键技术,并提出相关技术的解决方法和途径,进而给出须进一步深入研究的方向,展示了空间激光通信良好的应用前景。     

热障涂层残余应力的拉曼光谱测量及数值分析

 为了研究航空发动机热障涂层(TBCs)制备过程中残余应力的分布问题,采用大气等离子喷涂技术(APS)在镍基高温合金GH99上制备了热障涂层(CoCrAlY粘结层和ZrO₂陶瓷面层),对热障涂层进行了100~3 500 cm^-1激光拉曼光谱扫描,并采用有限元方法计算了与之对应的热障涂层有限元模型应力分布.分析了涂层系统内部轴向残余应力的分布情况并对比分析了激光拉曼光谱频移及有限元计算结果.激光拉曼分析结果表明:轴向陶瓷层内部呈现压应力,在陶瓷层/粘结层界面处应力达到最大值14.8 MPa,粘结层内呈现拉应力;数值分析应力变化趋势与激光拉曼测试分析结果相吻合.     

外场用烟幕遮蔽效果测量系统

首先明确了烟幕透过率、有效遮蔽面积、形成时间与有效持续时间的概念;然后介绍了一套外场试验用烟幕遮蔽效果测量系统,可以同时实现多点、多波段、多波长的红外和激光透过率测量;最后对其主要测量参数作了分析。     

风洞中复杂流场三维速度LDV测量

本文将一台TSI 9100-7型两分量激光测速仪改进为可测三个速度分量的LDV系统,并用于测量风洞中椭球体模型、双三角翼模型大迎角下的复杂流场三维速度分量。流场横截面内的速度矢量分布与相同实验条件下的流态显示结果相符合,并对涡流场加以分析。     

雷达/激光复合隐身材料的实验研究

采用双层涂敷法,在雷达隐身材料表层喷涂薄层的激光隐身材料,制备了双层型雷达/激光复合隐身材料,并用紫外-可见-近红外分光光度计分别测试了涂敷激光涂层前后的激光反射率以及在微波暗室内测试了涂敷激光涂层前后的雷达波反射率.结果表明：涂敷激光涂层后,在1.06 μm处的反射率由2.24%降低到0.13%,在8～15 GHz范围内,对雷达波反射率没有不利影响,均小于-7.5 dB,且有一定的改善,显示该材料在8～15 GHz范围内可以很好地实现雷达与激光的复合隐身,在其他波段的兼容性有待于进一步研究.     

纳卫星激光反射器光机设计及激光测距分析

针对我国首个大气密度探测纳卫星高精度测轨应用需求,设计了重量约112g、有效反射面积大于1cm2、外形尺寸为Φ96mm×20mm的轻型八棱台结构被动型激光反射器,作为无功耗载荷应用于纳卫星激光精密测轨,解决了纳卫星高精度独立测轨和外部轨道精确标定问题。利用地面激光测距台站开展卫星跟踪和精密测量,提供亚厘米级精度的激光测量数据。根据激光雷达测距方程及地面测距系统参数,分析了纳卫星激光回波信号强度,以及激光观测数据精度。测量结果表明,纳卫星激光反射器设计结果与实测数据相符,测距数据精度达8~9mm,可以满足纳卫星高精度激光测距要求,并支持卫星精密定轨及大气密度探测科学任务。     

基于激光诱导荧光的高速飞行粒子低温段测温方法

针对当前高速飞行固体粒子在低温段测温困难的问题,提出了一种基于激光诱导荧光的固体测温方法来显示高速粒子飞行过程中的温度变化过程。使用掺杂罗丹明B染料的醋酸纤维粒子的600 nm荧光信号和激光的532 nm信号之比,能进一步排除激光光强波动对测温结果的干扰。对固体荧光粉末在20~80 ℃温度下的光谱学特征进行分析,研究发现:系统的荧光信号强度、温度灵敏度(80 ℃下温度系数为-0.012 5 ℃-1,20 ℃下温度系数为-0.037 9 ℃-1)、测量精度均随温度的下降显著上升,验证了该方法在低温段温度测量的应用潜力。基于该方法对高速气流下粒子撞靶的温度变化规律进行定性分析。      

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。     

平面激光诱导荧光显示火焰中OH的分布图像

用平面激光诱导荧光技术测量了平面火焰炉、原子气化和超声速燃烧室的单脉冲激光诱导ＯＨ荧光。由平面荧光图可得到氢氧基相对浓度分布和它的厚度。由超声速燃烧室的ＯＨ荧光测量,可以看出不同时间ＯＨ分布的差别。氢氧基的ＰＬＩＦ图像是研究火焰结构和流场的有力工具。     

光频测量用飞秒激光频率梳光谱扩展实验研究

在光频的绝对测量研究中,本研究小组研制了光谱范围为650~950 nm波段、重复频率为350 MHz的"单块"结构钛宝石飞秒激光频率梳。为了实现其对633 nm波长国家副基准频率的绝对测量,本实验分别采用棱镜对和啁啾镜对进行脉宽压缩,然后注入光子晶体光纤进行光谱扩展。实验发现两者均可扩展出短波长方向的光谱,但棱镜对扩谱结构由于具有较长的"光程臂长"容易受到扰动而造成光纤耦合的不稳定,最终表现为光谱中各波长成分的光强不稳定而无法用于光频测量。啁啾镜对结构紧凑、稳定性强,经过脉宽压缩及光子晶体光纤扩谱,最终获得了光谱覆盖600~950 nm波段、各波长成分强度稳定、各光频齿频率稳定度同步于氢原子钟的可用于光频测量的飞秒激光频率梳     

氟化氢激光烧蚀铝靶冲量耦合系数实验

为了研究激光功率密度对氟化氢激光与铝靶相互作用过程中冲量耦合系数的影响,分别在大气和真空中,用聚焦后的激光烧蚀铝靶,通过改变聚焦到铝靶的光斑大小,得到冲量耦合系数和激光功率密度的关系,并将该实验结果与CO2激光和铝靶相互作用的实验结果进行比较。结果表明,氟化氢激光与铝靶相互作用得到的冲量耦合系数和激光功率密度的关系与CO2激光不同。大气和真空中,氟化氢激光与铝靶相互作用开始出现冲量传递的阈值分别约为8.03×106W/cm2和7.69×106W/cm2,并且这两种情况下,氟化氢激光器与铝靶相互作用得到的最大冲量耦合系数均高于CO2激光。     

激光、红外隐身兼容涂料的前景分析

红外探测技术、激光探测技术、电子战等因素使得红外波段中的隐身技术变得更为重要。在同一波段范围同时达到红外与激光的隐身兼容是热平衡理论所面临的难题。要做到红外和激光的隐身兼容，就必须克服两者对材料的一对矛盾要求。在分别介绍了红外、激光隐身的原理后，提出了红外激光复合隐身的设想，并分析了两种央技术的互相制约及兼容的可能性。     

一种空潜蓝绿激光通信双盲均衡方法

空潜蓝绿激光通信系统容易受到信道多径效应的影响,从而发生码间干扰,严重影响系统性能。通过对空潜蓝绿光通信系统信道进行剖析,基于蓝绿激光衰减特性和时域展宽特性,将可变步长恒模分数间隔均衡算法和判决导向最小均方算法相结合,提出了 1种适合空潜蓝绿激光通信的双模盲均衡方法。所提方法相较于 CMA盲均衡、CMA+DD-LMS均衡以及 CLMS均衡等常规均衡方法,能够获得更小的均方误差和更快的收敛速度,具有更好的均衡性和抗噪声性能,可有效提高系统性能。当系统误码率为 10-4时,性能最高可提升约 1.8dB。     

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。     

聚焦脉冲激光大气传输热晕效应的数值分析

利用激光大气传输四维程序对序列脉冲激光大气传输热晕效应进行了数值计算和分析。对于均匀大气路径上聚焦传输序列脉冲激光进行数值仿真计算得到,风场渡越时间内的脉冲数Np在2~6之间有利于传输;然后对实际大气模式下序列脉冲激光进行了数值计算,得到的平均脉冲数-NP可以在一定条件下对序列脉冲激光进行定量表征的结论。     

基于成像跟踪的激光瞄准

研究了强激光武器系统中基于激光光斑对目标跟踪瞄准的一种新方法。讨论了先用弱光斑对目标上的攻击部位进行稳定精跟踪瞄准,再增大激光功率摧毁目标的激光武器新的攻击模式。并为此提出“基于成像跟踪的激光瞄准”的概念。介绍了基于成像跟踪的激光瞄准技术的原理,理论分析表明该方法可以用于对5km外的反舰导弹进行侧向拦截。     

激光对红外制导反舰导弹的干扰与损伤分析

计算了激光斜程传输时的大气透过率,研究了激光对光电探测器的干扰和破坏。以1.06μm激光辐照PV型HgCdTe红外探测器为例,估算了对远距离红外制导反舰导弹实现有效干扰所需发射的激光能量,从理论上证明了低能量激光对红外制导反舰导弹的干扰与损伤的可行性。     

激光微推进器用于微小卫星的姿轨控仿真

为研究激光微推进器用于微小卫星在轨空间飞行任务的可行性,利用已建立的激光推进微小卫星仿真平台,对微小卫星在轨姿态调整、轨道维持和轨道转移等飞行任务进行了仿真和分析。仿真结果表明,星载激光微推进器可满足在轨微小卫星的高控制精度姿态调整、近地观测轨道维持以及较长时间要求的轨道转移等空间任务对推进系统的要求。     

叶片激光冲击强化处理的过程监测

激光冲击强化处理是近年出现的金属表面改性新工艺,航空发动机叶片经过激光冲击强化后,可以延长疲劳寿命和提高对异物损伤的抵抗力.本文针对叶片的激光冲击强化处理工艺,开发了一套过程监测系统,用于实时测量处理过程中的声音能量和叶片固有频率的变化,并经实验验证这两个参数可以作为叶片冲击处理质量的检测标准.     

激光技术在高技术国防战争中的应用

介绍激光技术的基本含义以及激光技术在新军事应用中的分类,并结合我军的军事战略,从激光侦查技术、激光对抗与激光干扰技术、激光模拟训练技术以及激光武器四个方面对激光技术在高技术国防战争中的应用进行分析,最后结合装甲装备,介绍激光技术在观瞄系统中的具体应用。