空間相干激光通信技術(shù)

第 1章 空間激光通信的現(xiàn)狀及趨勢(shì) 001
1.1 空間激光通信技術(shù) 001
1.2 空間激光通信國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 001
1.2.1 歐洲 002
1.2.2 美國(guó) 008
1.2.3 日本 014
1.2.4 中國(guó) 018
1.3 空間激光通信技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) 019
第 2章 空間激光通信基本原理 021
2.1 通信基本原理 021
2.2 通信方式 022
2.3 通信信息量度量 024
2.4 通信性能主要指標(biāo) 024
2.4.1 通信速率 025
2.4.2 誤比特率 025
2.4.3 信道容量 028
2.5 數(shù)字基帶信號(hào)及其頻譜特性 030
2.5.1 數(shù)字基帶信號(hào) 030
2.5.2 基帶信號(hào)的頻譜特性 032
2.6 空間激光通信與光纖通信的異同 037
2.7 相干探測(cè)原理 038
2.8 典型相干探測(cè)體制靈敏度 045
2.8.1 幅度調(diào)制外差探測(cè)靈敏度 045
2.8.2 FSK調(diào)制外差探測(cè)靈敏度 047
2.8.3 BPSK調(diào)制外差探測(cè)靈敏度 048
2.8.4 ASK和PSK調(diào)制零差探測(cè)靈敏度 049
2.8.5 不同相干探測(cè)靈敏度對(duì)比 049
2.9 光跟瞄基本原理 050
2.9.1 航天器動(dòng)力學(xué)特性 050
2.9.2 衛(wèi)星軌道類(lèi)型 052
2.9.3 衛(wèi)星軌道描述 054
2.9.4 衛(wèi)星星座 055
2.9.5 星間鏈路特性分析 057
2.9.6 衛(wèi)星平臺(tái)微振動(dòng) 062
2.9.7 光跟瞄組成與基本原理 065
2.9.8 光跟瞄系統(tǒng)性能分析與描述 074
2.9.9 光跟瞄系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差 082
第3章 相干激光通信鏈路與系統(tǒng)設(shè)計(jì) 085
3.1 相干激光通信鏈路設(shè)計(jì) 085
3.1.1 激光通信鏈路傳輸方程模型 085
3.1.2 典型通信鏈路分析 094
3.1.3 粗跟蹤/捕獲鏈路功率分析 094
3.1.4 精跟蹤鏈路功率分析 095
3.2 光學(xué)外差效率 095
3.3 光學(xué)瞄準(zhǔn)、捕獲和跟蹤系統(tǒng) 102
3.3.1 PAT系統(tǒng)基本工作原理 102
3.3.2 PAT系統(tǒng)基本組成 104
3.3.3 關(guān)鍵器件及原理 106
3.4 光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 125
3.4.1 望遠(yuǎn)鏡設(shè)計(jì) 125
3.4.2 成像光學(xué) 129
3.5 其他設(shè)計(jì)因素和考慮 130
3.5.1 背景光影響 130
3.5.2 提前量 136
3.5.3 多普勒頻移 140
3.5.4 時(shí)空參考系 142
3.5.5 空間環(huán)境特性 151
3.5.6 蒙氣差 158
第4章 空間相干激光通信體系和結(jié)構(gòu) 163
4.1 空間相干激光通信終端結(jié)構(gòu) 163
4.2 光學(xué)地面站結(jié)構(gòu) 165
4.2.1 大氣隨機(jī)信道 165
4.2.2 地面站典型設(shè)計(jì) 170
4.3 通信光和信標(biāo)光收發(fā)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 185
4.3.1 通信光、信標(biāo)光旁軸式結(jié)構(gòu) 185
4.3.2 通信光、信標(biāo)光同軸式結(jié)構(gòu) 186
4.3.3 通信光、信標(biāo)光合一式結(jié)構(gòu) 186
4.4 光學(xué)捕獲跟蹤系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 187
4.4.1 經(jīng)緯儀式 187
4.4.2 潛望鏡式 191
4.4.3 單反射鏡式 191
4.4.4 雙棱鏡式 193
4.5 光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 203
第5章 相干激光通信系統(tǒng) 207
5.1 單頻激光光源 207
5.1.1 激光線寬 207
5.1.2 相對(duì)強(qiáng)度噪聲 211
5.1.3 波長(zhǎng) 213
5.2 光學(xué)橋接器 215
5.2.1 180°光學(xué)橋接器 216
5.2.2 90°光學(xué)橋接器 219
5.3 BPSK相干通信技術(shù) 232
5.4 空間多模DPSK相干通信技術(shù) 236
5.5 正交相位調(diào)制零差相干通信技術(shù) 250
5.6 基于通道切換的相干光通信解調(diào)技術(shù) 254
5.7 高階調(diào)制通信技術(shù) 259
5.8 光學(xué)鎖相環(huán)技術(shù) 264
5.8.1 激光器相位噪聲性質(zhì) 264
5.8.2 光學(xué)鎖相環(huán)組成和原理 269
5.8.3 光學(xué)鎖相環(huán)的設(shè)計(jì) 271
第6章 跟瞄光機(jī)械系統(tǒng) 277
6.1 復(fù)合軸光跟瞄原理 277
6.1.1 粗跟蹤系統(tǒng)原理 277
6.1.2 精跟蹤系統(tǒng)原理 281
6.1.3 復(fù)合軸光跟瞄原理 282
6.2 位置誤差信號(hào)探測(cè)技術(shù) 284
6.2.1 四象限探測(cè)器位置誤差探測(cè)技術(shù) 284
6.2.2 焦平面探測(cè)器位置誤差探測(cè)技術(shù) 288
6.2.3 光學(xué)章動(dòng)位置誤差探測(cè)技術(shù) 289
6.3 摩擦對(duì)光跟瞄的影響 293
6.3.1 靜態(tài)摩擦模型 293
6.3.2 動(dòng)態(tài)摩擦模型 295
第7章 激光終端地面檢測(cè)驗(yàn)證技術(shù) 297
7.1 光束遠(yuǎn)距離傳輸模擬原理 297
7.2 衛(wèi)星激光通信終端光跟蹤檢測(cè)數(shù)理基礎(chǔ) 301
7.2.1 空間實(shí)際條件下的遠(yuǎn)場(chǎng)衍射 301
7.2.2 地面模擬條件下的近場(chǎng)衍射 306
7.3 模擬遠(yuǎn)場(chǎng)傳播的近場(chǎng)光學(xué)跟瞄檢驗(yàn)裝置 309
7.3.1 發(fā)射光束偏轉(zhuǎn)法 309
7.3.2 接收終端偏轉(zhuǎn)法 310
7.4 衛(wèi)星激光通信雙終端雙向遠(yuǎn)距離 傳輸模擬與地面檢測(cè)裝置 311
7.4.1 空間光采樣雙終端雙向遠(yuǎn)距離動(dòng)態(tài)模擬系統(tǒng) 312
7.4.2 光纖采樣雙終端雙向遠(yuǎn)距離動(dòng)態(tài)模擬系統(tǒng) 314
7.4.3 光學(xué)再生雙終端雙向動(dòng)態(tài)遠(yuǎn)距離傳輸模擬系統(tǒng) 317
第8章 激光光束質(zhì)量檢測(cè)技術(shù) 321
8.1 激光光束發(fā)散度測(cè)量技術(shù) 321
8.2 激光光束波面測(cè)量技術(shù) 323
8.2.1 直接波前傳感器 324
8.2.2 間接波前傳感器 326
第9章 相干激光通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)舉例 333
9.1 低軌衛(wèi)星 低軌衛(wèi)星相干激光通信系統(tǒng) 333
9.1.1 鏈路預(yù)算 333
9.1.2 通信終端總體方案 335
9.2 高軌衛(wèi)星-低軌衛(wèi)星相干激光通信系統(tǒng) 338
9.2.1 鏈路預(yù)算 338
9.2.2 通信終端總體方案 341
9.3 高軌衛(wèi)星-高軌衛(wèi)星相干激光通信系統(tǒng) 343
9.3.1 鏈路預(yù)算 343
9.3.2 通信終端總體方案 345
9.4 低軌衛(wèi)星－光學(xué)地面站相干激光通信系統(tǒng) 345
9.4.1 鏈路預(yù)算 345
9.4.2 通信終端總體方案 347
9.5 深空激光通信技術(shù) 348
9.5.1 鏈路預(yù)算 348
9.5.2 通信終端總體方案 349
參考文獻(xiàn) 371
附錄A 穩(wěn)相法一維相位函數(shù)的傅里葉變換近似求解 387
附錄B 四元數(shù) 389
附錄C 星歷解算方法 391
附錄D 光纖放大器噪聲 399
附錄E IQ電光調(diào)制器 403