第1章 卫星光通信技术概述 1
1.1概述 1
1.2光通信系统基本组成 3
1.2.1信号发射子系统 4
1.2.2信号接收子系统 5
1.2.3捕获跟踪子系统 6
1.2.4二次电源子系统 8
1.2.5热控子系统 10
1.3国内外卫星光通信技术发展现状 11
1.3.1美国 11
1.3.2欧洲 16
1.3.3日本 18
1.3.4中国 20
1.3.5卫星光通信技术国内外发展总结 23
1.4国内外捕获跟踪在轨试验结果和技术分析 25
1.4.1日本ETS-VI在轨试验 25
1.4.2美国STRV-2在轨试验 26
1.4.3欧空局SILEX在轨试验 28
1.4.4日美联合OICETS在轨试验 30
1.4.5中国HY-2在轨试验 32
1.5捕获跟踪技术发展现状分析 34
1.5.1瞄准与探测关键器件技术 34
1.5.2链路快速捕获技术 36
1.5.3链路稳定跟踪技术 38
参考文献 40
第2章 卫星光通信系统工作原理和技术基础 43
2.1概述 43
2.2光学子系统工作原理 44
2.2.1光学天线 44
2.2.2收发光路 47
2.3捕获跟踪子系统工作原理 48
2.3.1粗瞄装置 49
2.3.2精瞄和提前瞄准装置 52
2.3.3捕获跟踪探测器 54
2.4通信子系统工作原理 56
2.4.1相干通信系统概述 57
2.4.2波分复用技术 59
2.4.3自差相干通信系统简介 60
2.5链路在轨工作模式 62
2.5.1链路建立 63
2.5.2链路保持和通信 64
2.5.3链路拆除 65
2.6捕获跟踪链路光接收功率冗余估算 65
2.7卫星轨道和姿态 67
2.7.1卫星轨道 67
2.7.2卫星姿态 68
2.7.3卫星平台振动 71
2.8激光大气传输 73
2.8.1大气湍流理论 74
2.8.2光束在湍流中的传播理论 76
2.8.3光束漂移 78
2.8.4到达角起伏 80
2.8.5强度起伏 81
2.8.6光束衰减 84
2.9星地链路中的大气传输补偿技术 86
2.9.1多光束补偿技术 86
2.9.2自适应光学补偿技术 92
参考文献 96
第3章 光束预瞄准和提前瞄准技术 98
3.1概述 98
3.2光束瞄准和提前瞄准原理 99
3.2.1光束瞄准 99
3.2.2光束提前瞄准 100
3.3粗瞄准和精瞄准实现方法 100
3.3.1粗瞄准机构 101
3.3.2精瞄准机构 104
3.4激光链路预瞄准和提前瞄准角度获取方法 106
3.4.1预瞄准角度获取方法 106
3.4.2提前瞄准角度获取方法 113
3.5GEO-LEO激光链路瞄准 115
3.5.1链路次数和链路时间 115
3.5.2链路传输损耗和多普勒频移 117
3.5.3上行链路瞄准和提前瞄准角度 119
3.5.4下行链路瞄准和提前瞄准角度 123
3.6LEO-LEO激光链路瞄准 127
3.6.1链路传输损耗和多普勒频移 128
3.6.2链路瞄准和提前瞄准角度 129
3.7预瞄准和提前瞄准精度影响因素 132
3.7.1粗瞄准定位角误差 132
3.7.2精瞄准定位角误差 135
3.8瞄准机构误差补偿技术 137
3.8.1粗瞄准机构误差补偿 138
3.8.2精瞄准机构误差补偿 138
参考文献 140
第4章 光束扫描捕获技术 143
4.1概述 143
4.2捕获理论和方法 145
4.2.1捕获基本理论 145
4.2.2单场扫描捕获 148
4.2.3多场扫描捕获 150
4.2.4窄信标捕获 154
4.2.5扩展信标捕获 160
4.2.6基于线偏振光捕获 167
4.2.7基于点噪声拓扑特性捕获方法 178
4.3捕获性能影响因素 187
4.3.1瞄准误差对通信链路的影响 188
4.3.2预瞄准误差 189
4.3.3卫星姿态稳定度 190
4.3.4光终端系统误差 192
4.3.5点噪声 195
4.4捕获扫描工程实现方法 196
4.4.1扫描方式及时间 196
4.4.2扫描范围选取 198
4.4.3扫描重叠角设置 199
4.4.4捕获探测方法选择 199
参考文献 200
第5章 光束跟踪和振动补偿技术 202
5.1概述 202
5.2跟踪和振动补偿理论 203
5.2.1开环跟踪 204
5.2.2闭环跟踪 206
5.2.3跟踪稳定性 208
5.2.4前馈振动补偿 209
5.2.5自适应跟踪补偿技术 211
5.3跟瞄偏差角度的获取方法 214
5.3.1跟瞄偏差角度探测机理 214
5.3.2跟瞄偏差角度探测实现方法 216
5.3.3几种常用的光斑定位获取方法 217
5.4扩展信标的跟踪 220
5.4.1扩展信标跟踪理论分析 221
5.4.2扩展信标跟踪计算机仿真 224
5.4.3扩展信标跟踪方法 226
5.5基于线偏振光的偏振跟踪模型 232
5.5.1基于线偏振光的偏振跟踪方法 232
5.5.2基于偏振跟踪系统的偏振跟踪理论建模 233
5.6跟踪和振动补偿影响因素 234
5.6.1星上微振动 234
5.6.2终端与卫星平台间动力学耦合 235
5.6.3探测器测角误差 238
5.6.4背景噪声 241
5.7跟踪控制工程实现方法 246
5.7.1粗跟踪控制 246
5.7.2精跟踪控制 248
5.7.3链路跟踪稳定保持时间估算 249
参考文献 250
第6章 卫星光通信瞄准捕获试验与应用 253
6.1概述 253
6.2捕获仿真分析技术 256
6.2.1链路捕获需求分析 256
6.2.2Monte Carlo仿真技术 258
6.2.3捕获模拟技术 259
6.3瞄准捕获测试模拟研究 262
6.3.1模拟实验装置 262
6.3.2实验方案 264
6.3.3卫星动态参量对捕获影响模拟实验 265
6.3.4不同扫描方式对捕获影响模拟实验 266
6.4终端捕获预瞄准角度误差地面补偿技术 267
6.4.1潜望式光终端CCD测角算法误差和实验验证 268
6.4.2光终端瞄准误差测试实验 273
6.4.3光终端瞄准误差实验结果分析 280
6.4.4光终端瞄准误差地面补偿实验验证 285
6.5捕获预瞄准角度偏差在轨修正技术 288
6.5.1瞄准偏差修正矩阵 288
6.5.2卫星本体坐标系与参考坐标系 289
6.5.3瞄准偏差地面测量及修正 293
6.5.4瞄准偏差在轨测量及修正 294
6.5.5捕获扫描轨迹在轨实时修正 296
6.6海洋二号星地链路捕获 298
参考文献 300
第7章 卫星光通信跟踪通信试验与应用 302
7.1概述 302
7.2双向光束跟踪过程稳定性 305
7.2.1影响跟踪性能因素分析 306
7.2.2双向光束稳定跟踪条件 312
7.2.3基于稳态跟踪的控制算法 315
7.3双向跟踪计算机仿真 317
7.3.1仿真系统组成 317
7.3.2仿真结果分析 318
7.4激光链路跟踪室内模拟实验 322
7.4.1室内模拟实验装置 322
7.4.2跟踪模拟测试实验 326
7.4.3实验数据处理 327
7.4.4实验结果与理论结果比较 330
7.5激光链路跟踪外场对接实验 331
7.5.1外场实验系统概述 331
7.5.2跟踪性能测试结果 333
7.5.3大气影响测量结果 337
7.6激光链路跟踪在轨试验 344
7.6.1国外星间激光链路试验 344
7.6.2海洋二号星地激光链路试验 348
参考文献 351