集成微波光子技术的现状及其宇航应用浅析

集成微波光子技术具有小尺寸、大宽带、可调谐和低功耗等优势,在未来高通量卫星载荷技术中极具应用前景。本文围绕集成微波光子技术宇航应用的两个关键技术--集成光子技术和集成封装技术,通过分析近几年国内外的发展状况,对目前我国集成微波光子宇航应用所面临的几项挑战进行了总结与分析。     

薄膜铌酸锂——集成微波光子技术的基石

微波光子学以其独特的优势,在通信、雷达、电子战等领域取得了蓬勃的发展。但基于分立器件的微波光子系统在体积、重量及稳定性方面所存在的问题,正严重制约着微波光子技术在星载、机载等平台的应用。而以光子集成工艺为基础的集成微波光子技术有望打破这种困境。最近新出现的薄膜铌酸锂材料,以其线性的电光效应、更强的光场限制能力及更高的集成度,有望成为集成微波光子技术的基石。文章回顾了由铌酸锂晶体材料到薄膜铌酸锂材料,以及传统调制器到薄膜铌酸锂调制器的发展历程,重点对比分析了薄膜铌酸锂材料与现有的光子集成工艺平台所用的InP、SiO2、硅、氮化硅等材料,在光子集成特性方面的优势及劣势。     

新一代高通量卫星通信系统载荷关键技术研究

随着商业竞争的不断加剧,更大容量以及更高灵活性成为了高通量(high throughput satellite,HTS)系统发展的主要目标,新一代的HTS系统即将进入到"Tbps"时代.在介绍HTS系统基本概念及组成的基础上,对HTS系统的发展历程进行了简要总结,按照能力和发展时期,HTS卫星的发展历程大致可划分为四代.重点结合新一代HTS系统的发展,从卫星载荷角度分析了高通量卫星载荷的关键技术,主要包括能够大幅提升系统通信容量的超大规模高性能多波束天线技术,能够提高组网及业务应用灵活性的跳波束通信技术、灵活载荷技术、数字透明转发处理技术以及能够优化系统和载荷设计的波束预编码技术和基于微波光子的星上转发技术等,旨在为我国新一代HTS系统的建设发展提供参考.     

光电微系统技术发展综述

光电微系统具有探测精度高、处理速度快、传输通量大等优势,在信息传输、目标探测和光子处理等方面具有广泛应用.本文综合国内外光电微系统产品和技术现状,重点从信息传输、目标探测和光子处理三个方面展开叙述,讨论了激光器、调制器、波导等光电器件,并对三维集成技术和光电微系统平台进行简介.简述了国内外有关光电微系统的发展计划,提出...     

微波光子技术在信号情报侦察中的应用研究

由于微波光子技术的宽带特性、低损耗和抗干扰等优势,微波光子技术在信号情报侦察领域已经引起了强烈关注,尤其在微波信号的产生、处理、控制及传输等方面。着重对微波光子中光学真延时光控阵列技术和光学模数转换技术在宽带信号情报侦察系统中的应用进行了研究。分析了当前信号情报侦察系统面临的问题以及利用微波光子技术的解决框架思路,阐述了光学真延时技术和光学高速模数转换技术的基本原理及关键技术实现途径,并对应用前景进行了分析,最后给出结论。     

空间激光通信网络中的全光数据合路技术研究

针对空间激光通信网络接入节点多路激光链路传输需求，基于高非线性光纤中四波混频参量效应，并结合色散控制，开展全光合路处理技术研究。采用VPI 10.0模拟平台构建了时间透镜全光合路系统，验证了4路速率为10 Gbps的差分相移键控DPSK（Differential Phase Shift Keying）信号光以及通断键控调制OOK（On-Off Keying）和DPSK混合制式信号光的全光合路可行性，并对全光合路技术实现中色散、光功率等关键参数对系统性能的影响进行了分析，为实际系统的设计和应用提供数据支撑。所提出的全光合路技术具有数据处理带宽大、通信制式兼容且系统复杂度低等优点，可有效降低空间激光通信网络的资源需求与载荷成本，为下一代空间激光骨干网的发展与全面应用提供有效技术支撑。     

微波光子技术在电子对抗中的应用

由于光子技术的宽带和低损耗优势,微波光子技术已经在电子对抗领域中尤其是在微波信号的产生、处理、控制及传输等方面引起了强烈关注.着重阐述了微波信号的光子方法产生及处理、光子微波滤波器、光真延时波束形成以及光学A/D模数转换等技术,最后给出了结论.     

美海军重点电子战装备技术项目发展概述

近年来美国海军全力将人工智能、分布式网络化指挥控制通信、量子技术等重点高新技术,集成应用于新型电子战装备技术项目,其建设取得了重大进展.首先概述了美海军电子战装备能力需求,其后归纳梳理了美海军重点电子战装备技术项目发展情况,最后对美海军电子战系统的未来发展进行分析解读.     

分块式平面光电侦察成像系统发展概述

基于光子集成回路的干涉成像系统体积小、质量轻、功耗小、易于加工测试,且系统分辨率不受单个透镜口径尺寸的限制,是未来发展方向之一。文章首先简述了分块式平面光电侦察成像系统(SPIDER)的基本原理与组成,并对SPIDER的发展状况进行了概述,详细分析了各阶段光子集成回路布局、功能变化;分析与总结了SPIDER的关键技术;最后,对该技术未来发展趋势、应用前景进行了分析和讨论。分析表明:SPIDER正朝着基线更长、大规模低功耗高集成度、宽谱段成像方向发展,应用前景广泛。     

基于SpaceVPX架构的星上高速载荷数据实时处理平台设计

针对星上载荷数据速率提高,现有处理平台无法支持高速载荷数据实时处理、快速应用的问题,文章通过对卫星在轨处理需求的分析,介绍了基于SpaceVPX标准的星上载荷数据高速数据处理平台的设计方案,重点阐述了针对宇航应用的特殊需求所设计的自主容错和故障隔离方案,并在某光学载荷在轨图像处理系统中进行了应用验证,结果表明:采用该方法设计,系统处理速度高,可扩展、可重构性强,软件和硬件之间的关联度较弱,可为星上高速载荷处理系统设计提供参考。     

光帆航天器发展现状及“突破摄星”计划关键技术

光帆航天器可以借助太阳光,也可以从地基或空基能量站发出激光对其加速,与传统的化学推进相比,光帆推进技术可以使航天器获得较大的加速度,从而进行较远空间目的地的探测活动。文章对国外光帆航天器的发展现状及主要技术指标进行了调研,重点介绍了"突破摄星"计划(Breakthrough Starshot)概况,并对其重要系统组成及计划工程实施过程进行了详细分析。最后对"突破摄星"计划中可能涉及到的关键技术进行了梳理,包括地面大型激光阵列技术、芯片星器件集成技术、光帆轻质材料技术、光帆姿态控制技术以及深空激光通信技术。以上研究内容可为我国发展光帆航天器技术提供参考。     

星载激光雷达森林探测进展及趋势

森林是陆地上组成结构最复杂的生态系统,星载激光雷达兼具高垂直分辨率的优势和大范围数据获取的特点,在大区域尺度的森林参数定量反演方面具有独特的优势。从全波形激光雷达、光子计数激光雷达、成像激光雷达的技术特点、数据处理和森林参数提取等方面,总结了国内外森林探测激光雷达卫星载荷的发展、参数设置及应用潜力,以服务我国星载激光雷达森林探测系统的建设和发展。结合激光雷达辐射传输模型,探讨适合森林探测的激光雷达传感器参数方案,并以ICESat卫星的地球科学测高系统(GLAS)和先进地形激光测高系统(ATLAS) 数据为例,探讨星载激光雷达的森林参数反演方法,最后总结梳理了现有星载载荷的优劣并给出后续载荷发展的建议。     

面向卫星载荷的大瞬时带宽微波光子信道化接收变频技术研究进展

随着卫星通信技术的飞速发展，以及卫星多功能融合技术的需求，未来卫星通信正朝着多频段、大带宽、多波束、配置灵活的方向发展。目前广泛应用于各个领域的卫星通信射频前端，主要采用传统的微波技术进行微波信号的信道化接收变频，带宽限制在GHz以下，无法满足大瞬时带宽信道化接收变频需求。将微波光子技术引入卫星通信射频前端可有效突破电域信道化接收变频技术瓶颈，简化射频前端的系统架构，提高卫星载荷性能。本文首先介绍了星载微波光子信道化接收变频技术的特点及基本结构。接着分类介绍了微波光子信道化接收变频的工作原理、主要实现方法及研究进展，最后给出大瞬时带宽微波光子信道化变频技术发展趋势及应用前景，为大瞬时带宽微波光子信道化接收变频设计及应用提供技术支撑。     

RF MEMS国内外现状及发展趋势

概述基于微电子机械系统MEMS(Micro-Electro-Mechanical System)技术的各类射频RF(Radio Frequency)无源器件及微小型单片集成系统的概念与内涵及其应用市场,重点介绍RF MEMS电容电感、开关、移相器、谐振器、滤波器、微型同轴结构、天线、片上集成微纳系统等的国内外研究现状、典型研究成果和产品、技术方案和微纳制造工艺及性能特点等,最后浅析RF MEMS领域的发展趋势。     

探空火箭有效载荷集成测试软件系统的设计与实现

为适应国内新一代探空火箭载荷系统的各类测试需求,集成测试软件系统综合采用了组播和USB等技术;软件算法上实现了相位解模糊、RS译码等功能,解决了载荷数据的校验问题,提高了系统的可靠性。"子午工程"首枚探空火箭成功发射的经验表明,该软件系统的设计满足探空火箭有效载荷的集成测试需求,具有较好的通用性及可扩展性,有效降低了测试系统的硬件成本。     

基于PDM-MZM的线性模拟光链路设计

模拟光链路因其大带宽、低损耗等优势,在宽带无线通信、多基地雷达、卫星载荷信号馈送、电子战存储转发中极具应用前景，成为了当前微波光子领域研究的热点。然而由于电光调制和光电探测的非线性, 模拟光链路的动态范围受限。基于偏振复用马曾调制器的线性模拟光链路，通过改变两个RF信号的电功率比及两个子调制器的直流偏置点，可以分别改变调制指数比和光功率比，从而构造了两个相位相反的非线性失真信号以抵消链路的三阶交调失真，改善系统的无杂散动态范围。实验结果表明，与基于单个马曾调制器的常规链路相比，基于偏振复用马曾调制器的链路三阶交调失真被抑制33.7dB，无杂散动态范围提高17.6 dB，宽带射频信号的星座图和误差矢量幅度改善明显。     

光子射频干扰对消技术研究进展

射频自干扰是同时同频全双工技术应用面临的关键问题之一。光子射频干扰对消技术与传统的电学对消技术相比,具有工作带宽大、调节精度高等特性,在实现宽频段、大带宽、高干扰抑制度方面极具性能优势和应用潜力。文章介绍了光子射频干扰对消的基本原理,对影响干扰抑制效果的因素进行了仿真分析。从干扰对消相位反相条件的实现、多路径干扰消除、光子集成对消芯片三个方面给出了光子射频干扰对消技术的研究进展,对该技术的发展趋势和实际应用需要考虑的问题给出了论述。     

空间主动光电遥感现状及发展

空间主动光电遥感技术在空间对地观测和深空探测等领域具有广阔的应用前景,探测对象包括地球和地外天体三维地形、地球植被垂直分布、大气气溶胶与云的垂直分布、大气温湿廓线、大气风廓线和特殊气体浓度等。为系统梳理空间主动光电遥感技术,综合分析了国内外空间主动光电高程探测载荷和大气垂直廓线探测载荷的发展历史和现状,提出了未来我国在多波束单光子三维地形探测、高光谱分辨率激光大气探测、差分吸收激光大气探测、激光掩星大气探测和激光海洋探测领域开展更深入研究的建议。     

量子级联技术研究进展：从光源到探测

量子级联技术基于多量子阱或超晶格结构中的子带跃迁和共振隧穿理论,既可以产生光源,又可以探测光信号,是量子级联激光器（QCL）和量子级联探测器（QCD）的理论基石,在检测、遥感、通信、雷达等领域具有广泛的应用前景。经过最近三十年的研究,量子级联技术在基础研究、产品性能以及应用系统研发和场景试验方面都取得了重大进展。本文首先简要介绍了量子级联技术的原理和发展历史,随后阐述了量子级联器件子带能级结构和电子输运动力学计算思路,接着重点综述了量子级联技术的研究进展,包括中远红外高功率QCL、中远红外宽调谐QCL、太赫兹QCL、高性能QCD,以及QCL和QCD的单芯片光子集成方面的内容,最后介绍了QCL和QCD的产品与应用情况。     

开放式超高速空间智能数传系统研究

开放式超高速空间智能数传系统具有针对超高速载荷数据输入、基于开放式架构设计实现在轨智能信息处理的特点。文章中研究超高速复杂数据流控制与路由交互技术,采用具备空间环境适应性的高可靠光电模块等高速传输接口,先进的星型路由处理拓扑架构,制定统一数据标准协议,构建开放式超高速星载处理系统平台的方法。通过平台集成共用、架构在轨重构、软件上注更新方式实现各种先进智能处理算法应用。研究多源数据分类存储和管理技术,解决了海量多组高速数据存储和检索问题,满足高达数百Tb的超大数据存储检索能力。通过设计仿真和试验验证了系统功能性能。实现了具有数百Gbps高实时性载荷数据信息处理能力、灵活空间智能处理功能和开放式架构的新型空间智能数传系统。