空天地協(xié)同激光通信技術與應用

目錄
序
前言
第一章 概述 1
1.1 空天地協(xié)同激光通信簡介 1
1.2 空天地協(xié)同激光通信鏈路技術發(fā)展概述 2
1.2.1 星地、星間激光鏈路 3
1.2.2 空基激光鏈路 11
1.2.3 地海激光鏈路 19
1.3 空天地協(xié)同激光通信關鍵技術發(fā)展概述 21
1.3.1 激光鏈路快速捕獲技術 22
1.3.2 激光鏈路穩(wěn)定跟蹤技術 23
1.3.3 激光鏈路高速高可用度通信技術 31
參考文獻 32
第二章 空天地激光鏈路快速建立技術 35
2.1 激光通信瞄準技術及誤差分析 35
2.1.1 瞄準坐標系的建立 37
2.1.2 瞄準角的數(shù)學表達 41
2.1.3 捕跟坐標系下的瞄準角度計算方法 43
2.1.4 方位軸對捕跟瞄準精度影響 43
2.1.5 俯仰軸對捕獲瞄準精度影響 46
2.2 窄信標光束掃描捕獲理論模型 48
2.2.1 掃描捕獲工作原理和方式 49
2.2.2 掃描捕獲模型建立 53
2.2.3 捕獲概率和平均捕獲時間 58
2.2.4 捕獲掃描方式及掃描時間函數(shù) 59
2.3 窄信標掃描捕獲特性分析 61
2.3.1 平臺姿態(tài)漂移影響下捕獲概率特性分析 61
2.3.2 平臺姿態(tài)漂移影響下平均捕獲時間特性分析 63
2.4 限定時間下掃描捕獲分析 65
2.4.1 限定時間下單場掃描捕獲仿真與分析 65
2.4.2 限定時間下多場掃描捕獲仿真與分析 66
參考文獻 69
第三章 空天地激光鏈路穩(wěn)定保持技術 71
3.1 空天地窄信標光束跟蹤理論模型 72
3.1.1 單向跟蹤 73
3.1.2 雙向跟蹤 75
3.1.3 窄信標雙向穩(wěn)定跟蹤控制系統(tǒng) 79
3.2 空天地窄信標光束雙向跟蹤穩(wěn)定性研究 86
3.2.1 窄信標光束雙向跟蹤補償效應描述 86
3.2.2 雙向跟蹤CCD測角誤差數(shù)學描述 88
3.2.3 跟蹤誤差對窄信標雙向跟蹤穩(wěn)定性影響分析 91
3.2.4 窄信標穩(wěn)定跟蹤仿真與分析 94
3.3 空天地捕跟探測快速切換在軌優(yōu)化方法研究 97
3.3.1 圖像閾值分割法 98
3.3.2 自適應*優(yōu)分割值理論模型 98
3.3.3 自適應*優(yōu)分割值優(yōu)化算法實現(xiàn) 102
3.4 空天地激光鏈路章動跟蹤技術研究 105
3.4.1 空間光到單模光纖耦合理論 106
3.4.2 章動跟蹤系統(tǒng)理論分析 108
3.4.3 章動跟蹤建模 109
3.4.4 章動參數(shù)研究 112
3.4.5 自適應章動算法 125
參考文獻 138
第四章 空天地激光鏈路高速通信復用技術 140
4.1 基于光頻梳的密集波分復用高速通信方法 141
4.2 高速復用通信技術中的多載波實現(xiàn) 143
4.2.1 電光調制器產生光頻梳的理論分析 143
4.2.2 電光調制器產生光頻梳的實驗研究 145
4.3 高速復用通信技術中的寬帶光頻梳 146
4.3.1 光纖自相位調制理論分析 146
4.3.2 基于自相位調制的光頻梳展寬實驗研究 147
4.4 基于光頻梳的高速復用通信實驗研究 149
4.4.1 中心波長可調的寬帶光頻梳實驗研究 149
4.4.2 頻率間隔可調的寬帶光頻梳實驗研究 152
參考文獻 153
第五章 空天地大氣信道湍流影響機理與補償技術 155
5.1 激光鏈路光束遠場動態(tài)特性鏈路跟蹤穩(wěn)定性與補償方法 156
5.1.1 鏈路光束遠場動態(tài)特性 156
5.1.2 鏈路穩(wěn)定性優(yōu)化算法 159
5.1.3 鏈路光束遠場動態(tài)特性對鏈路穩(wěn)定性影響補償 161
5.2 大氣湍流對系統(tǒng)通信性能影響分析 168
5.2.1 激光鏈路大氣信道物理特性分析與建模 168
5.2.2 大氣湍流對單輸入單輸出(SISO)自由空間光系統(tǒng)通信性能影響 171
5.2.3 大氣湍流對多輸入多輸出(MIMO)自由空間光系統(tǒng)通信性能影響 188
5.2.4 MRC條件下系統(tǒng)通信性能的分析 198
5.2.5 MRC與EGC方案通信性能的比較 208
5.3 激光鏈路大氣信道預報方法 210
5.3.1 模型建立條件 210
5.3.2 模型慣性參考坐標系 212
5.3.3 激光鏈路大氣信道綜合監(jiān)測及可用度評價 212
參考文獻 215
第六章 空天地應急通信技術應用評估 217
6.1 激光鏈路光束遠場動態(tài)特性地面等效試驗評估 221
6.1.1 光束漂移對穩(wěn)定性影響評估 221
6.1.2 光束擴展對穩(wěn)定性影響評估 226
6.1.3 到達角起伏對穩(wěn)定性影響實驗結果分析 227
6.1.4 激光鏈路大氣條件下光束遠場隨機擾動特性影響地面測試驗證 228
6.2 光束捕跟性能試驗評估 231
6.2.1 捕跟探測快速切換方法的地面外場驗證 231
6.2.2 捕跟坐標系在軌優(yōu)化方法的在軌驗證 234
6.2.3 窄信標光束快速掃描捕獲方法試驗驗證 236
6.2.4 窄信標光束穩(wěn)定雙向跟蹤方法試驗驗證 241
6.3 典型平臺激光鏈路跟蹤穩(wěn)定性試驗評估 245
6.3.1 鏈路跟蹤穩(wěn)定性實驗系統(tǒng)及測試方案 245
6.3.2 星間鏈路光束遠場動態(tài)特性地面等效驗證實驗 247
6.3.3 鏈路跟蹤穩(wěn)定性優(yōu)化方法實驗驗證 249
6.4 激光通信信道糾錯編碼試驗評估 254
6.4.1 編碼技術性能比較 254
6.4.2 編碼技術實現(xiàn)方法 256
6.5 隨機角抖動對單模光纖耦合效率應用評估 258
參考文獻 261