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第1章 卫星光通信技术简介 1

1.1 引言 1

1.2 卫星光通信系统原理及组成 2

1.2.1 光发射端机 3

1.2.2 光接收端机 4

1.2.3 光学天线 5

1.2.4 光学系统 6

1.2.5 ATP子系统 7

1.2.6 其他参数 9

1.2.7 卫星光通信的关键技术 10

1.3 激光链路优势 11

1.4 国内外研究现状和发展趋势 13

1.4.1 国外研究现状 13

1.4.2 国内研究现状 25

1.4.3 卫星光通信发展趋势 26

参考文献 27

第2章 空间ATP技术 30

2.1 ATP系统的组成及工作原理 30

2.1.1 粗瞄准机构 30

2.1.2 精瞄准机构 31

2.1.3 预瞄准机构 31

2.1.4 传感器 31

2.1.5 ATP系统的原理 31

2.2 ATP系统关键技术及其参数设置 32

2.2.1 ATP的关键技术 32

2.2.2 信标光链路分析 32

2.2.3 跟踪灵敏度 33

2.2.4 捕获灵敏度 33

2.2.5 瞄准性能 34

2.3 光束捕获技术 36

2.3.1 捕获基本原理 36

2.3.2 捕获方法 38

2.3.3 天线扫描 39

2.3.4 焦平面扫描 41

2.3.5 焦平面阵列 43

2.3.6 阵列顺序搜索 44

2.3.7 固定阵列顺序搜索 46

2.4 捕获时间优化 48

2.4.1 系统配置和捕获协议 48

2.4.2 捕获时间最小化 51

2.5 光束跟踪技术 59

2.5.1 空间光束跟踪原理 59

2.5.2 空间双向光束跟踪 65

2.5.3 光束跟踪对数据传输的影响 69

2.6 光束瞄准技术 71

2.6.1 瞄准光束特性 71

2.6.2 瞄准误差 71

参考文献 73

第3章 卫星振动对ATP系统的影响及抑制 75

3.1 概述 75

3.2 自适应带宽 75

3.3 改变光束宽度 78

3.4 功率控制 79

3.5 编码技术 80

3.6 通道分集 81

3.7 振动隔离 81

3.8 自我调节前反馈 82

参考文献 82

第4章 光信号的产生、发送与传输 84

4.1 光源 84

4.1.1 卫星光通信对光源要求 84

4.1.2 半导体激光器光源 84

4.1.3 光纤激光器光源 86

4.1.4 其他激光器光源 87

4.2 高斯光束的特性 87

4.3 高斯光束的发送 92

4.4 高斯光束的空间传播 95

4.5 高斯光束的聚焦与准直 96

4.5.1 高斯光束经透镜后参数的变化 96

4.5.2 高斯光束的准直 98

4.6 高斯光束的接收 100

4.7 背景干扰及滤波 100

4.7.1 背景干扰 101

4.7.2 滤波 103

4.8 空间环境对卫星光通信系统影响 103

4.8.1 高能带电粒子对卫星光通信的影响 104

4.8.2 背景光辐照对卫星光通信的影响 108

4.8.3 等离子体对卫星光通信的影响 110

4.8.4 其他环境对卫星光通信的影响 112

参考文献 113

第5章 空间光信号调制原理与技术 115

5.1 光信号调制基本参量 115

5.1.1 振幅调制 116

5.1.2 频率调制和相位调制 116

5.1.3 强度调制 117

5.1.4 脉冲位置调制 117

5.1.5 DPPM调制 119

5.1.6 DH-PIM调制 120

5.1.7 几种PPM调制性能比较 120

5.2 光信号体调制器 121

5.2.1 电光强度调制 121

5.2.2 电光相位调制 124

5.3 波导调制器 125

5.3.1 波导调制原理 125

5.3.2 波导相位调制 126

5.3.3 波导强度调制 127

参考文献 128

第6章 空间光信号接收 129

6.1 接收检测原理 129

6.2 相干PSK零差接收机 130

6.3 相干FSK外差接收机 132

6.4 直接检测OOK系统APD接收机 134

6.5 直接检测OOK系统PMT接收机 135

6.6 直接检测m-PPM系统APD接收机 135

6.7 直接检测m-PPM系统PMT接收机 137

参考文献 138

第7章 卫星光网络系统设计 139

7.1 卫星光网络概述 139

7.2 空间网络协议体系 141

7.3 分级卫星光网络设计 142

7.3.1 空间光频率与调制 142

7.3.2 空间网络拓扑模型 144

7.3.3 空间数据链路模式 144

7.3.4 空间信道编码 145

7.3.5 空间路由协议 146

7.3.6 空间网络故障恢复 146

7.4 卫星网络业务要求 147

7.4.1 电信业务估算 147

7.4.2 点到点连接带宽 148

7.4.3 星上处理载荷 149

7.5 卫星光网络管理 150

7.5.1 一般网络管理 150

7.5.2 卫星光网络管理 151

7.6 空间卫星光网络构建方法 152

参考文献 156

第8章 卫星光网络链路特性及拓扑结构 158

8.1 卫星节点特性 158

8.1.1 卫星轨道参数 158

8.1.2 卫星轨道方程 159

8.1.3 卫星轨道分类 162

8.1.4 星下点轨迹 165

8.2 通信卫星覆盖 166

8.3 星间激光链路 169

8.3.1 星间激光链路分类 169

8.3.2 星间激光链路坐标转换 171

8.3.3 星间激光链路空间位置 172

8.3.4 星际激光链路空间位置 173

8.4 卫星光网络动态拓扑 175

8.4.1 单层卫星光网络拓扑 177

8.4.2 极轨道卫星星座 178

8.4.3 倾斜轨道卫星星座 180

8.4.4 编队卫星 182

8.4.5 多层卫星光网络拓扑 183

8.5 几种典型的卫星网络系统 184

参考文献 191

第9章 WDM卫星光网络技术 192

9.1 光传输网结构 192

9.1.1 传送网的分层和分割 192

9.1.2 光传送网的功能和结构 193

9.2 WDM卫星光通信组网方案 193

9.2.1 波长路由卫星激光链路组网 193

9.2.2 波长通道网络与虚波长通道网络 195

9.2.3 卫星光网络光传输网设计 196

9.2.4 波长通道模型 197

9.3 光学／RF混合节点模型 201

9.4 光分叉复用器OADM 203

9.5 光交叉连接器OXC 206

9.6 波长分配算法 208

9.7 通信量路由选择和OTN的ISL尺寸 209

9.7.1 基于WDM的通信量路由选择 209

9.7.2 卫星光网络的光路容量的设计 210

9.7.3 卫星光网络的故障恢复 211

9.8 时延问题 211

9.9 小结 212

参考文献 213

第10章 卫星光网络路由算法 214

10.1 卫星网络路由算法概述 214

10.2 卫星网络路由算法研究现状 215

10.3 卫星光网络路由算法的分类 217

10.3.1 面向连接的卫星网络路由算法 217

10.3.2 面向无连接的卫星网络路由算法 220

10.4 卫星IP业务 229

10.4.1 卫星通信在Internet中的应用 230

10.4.2 多址接入控制 232

10.4.3 卫星TCP/IP协议 233

10.4.4 卫星Internet架构 241

10.5 卫星网络业务 241

10.5.1 通信业务理论 241

10.5.2 M/M/n排队模型 242

10.5.3 M/M/n/N排队模型 243

10.5.4 链路容量设计 245

10.6 卫星网络的仿真工具 250

10.6.1 卫星网络协议仿真系统 250

10.6.2 卫星网络星座仿真系统 252

参考文献 253

第11章 编队卫星光通信 256

11.1 编队卫星群简介 256

11.1.1 编队卫星群的概念 256

11.1.2 编队卫星的优点 256

11.2 编队卫星群间的光通信 257

11.2.1 星间通信概念 257

11.2.2 编队卫星间通信系统组成 257

11.2.3 编队卫星间激光通信链路的特点 257

11.2.4 编队卫星激光链路的网络拓扑结构 258

11.2.5 编队卫星间通信的主要关键技术 259

11.2.6 国内外编队卫星间通信技术现状 260

11.3 编队卫星光通信的多信号捕获方案 261

11.3.1 多信号捕获方案 261

11.3.2 数学分析 262

11.4 卫星激光通信中的多址连接 265

11.4.1 多址连接含义 265

11.4.2 几种常用的多址连接方式 266

参考文献 267