第1章 绪论 1
1.1 空间激光通信内涵 1
1.2 空间激光通信特点 2
1.2.1 空间激光通信的优点 2
1.2.2 空间激光通信的缺点 4
1.3 空间激光通信主要应用领域及研究意义 5
1.4 空间激光通信发展历史、现状与趋势 9
1.4.1 空间激光通信发展历史 9
1.4.2 空间激光通信国外发展现状 10
1.4.3 空间激光通信国内发展现状 20
1.4.4 空间激光通信发展趋势 21
第2章 空间激光通信系统外界约束条件分析 23
2.1 空间激光通信系统描述 23
2.2 搭载平台 24
2.2.1 地球同步轨道卫星 24
2.2.2 低地球轨道卫星 25
2.2.3 临近空间平台 26
2.2.4 航空平台 26
2.2.5 地面／水面平台 26
2.3 平台振动特性分析 27
2.3.1 振动对空间激光通信影响分析 27
2.3.2 振动源特性描述 28
2.3.3 抑制平台振动的有效方法 30
2.4 平台运动特性分析 30
2.4.1 初始对准方式 30
2.4.2 工作死区 31
2.4.3 链路距离及跟踪角度范围 32
2.4.4 相对运动角速度和角加速度 34
2.4.5 提前量范围 36
2.4.6 多普勒频移 37
2.5 天空背景光特性分析 39
2.5.1 背景光模型 39
2.5.2 背景光辐射谱 41
2.5.3 主要点辐射源 41
2.5.4 主要面背景光 43
2.6 大气信道特性分析 46
2.6.1 大气吸收 46
2.6.2 大气散射引起光功率平均衰减 47
2.6.3 大气散射多路径效应 51
2.6.4 大气湍流散斑 51
2.6.5 大气湍流闪烁 52
2.7 云层特性分析 54
2.8 空间环境特性分析 55
2.8.1 空间温度与气压分布 55
2.8.2 空间辐射 59
2.9 空间激光通信链路特性分析 61
2.9.1 星际激光通信 62
2.9.2 星地激光通信 63
2.9.3 星空激光通信 63
2.9.4 空空／空地／地面激光通信 64
第3章 空间激光通信系统总体设计 65
3.1 空间激光通信光端机系统构成 65
3.1.1 光学机械分系统 66
3.1.2 通信分系统 66
3.1.3 捕获、跟踪、对准分系统 67
3.1.4 总控分系统 68
3.2 空间激光通信光端机工作原理 68
3.3 空间激光通信系统工作流程 71
3.3.1 初始指向 72
3.3.2 快速捕获 73
3.3.3 粗、精跟踪 74
3.3.4 动态通信 74
3.4 空间激光通信系统主要任务指标 74
3.4.1 通信距离 75
3.4.2 通信误码率 75
3.4.3 通信速率 76
3.5 空间激光通信系统主要参数优化选取 77
3.5.1 波长 77
3.5.2 光学口径 78
3.5.3 通信束散角 78
3.6 空间激光通信系统链路功率分析 81
3.6.1 通信链路传输方程模型 82
3.6.2 粗跟踪／捕获链路功率分析 88
3.6.3 精跟踪链路功率分析 90
第4章 光学分系统设计 92
4.1 光学分系统总体分析 92
4.1.1 使用要求 92
4.1.2 结构形式确定 92
4.1.3 口径计算 93
4.1.4 发散角和视场角计算 94
4.2 光学分系统光学设计 96
4.2.1 材料性能与选择 96
4.2.2 卡式系统设计 98
4.2.3 中继光学系统设计 98
4.2.4 系统消杂光设计 100
4.2.5 激光束整形与扩束 102
4.3 光学分系统基台设计 109
4.3.1 主望远镜的结构设计 109
4.3.2 分光系统的布局和结构设计 115
4.3.3 发热组件的散热结构 116
4.4 光学分系统质量评价 116
4.5 光学分系统装调与检测 122
4.5.1 卡式系统的装调和检验 122
4.5.2 激光发射、接收子系统调校 126
4.5.3 光轴平行度调校 127
4.5.4 宽距离光束的多轴平行性检测 131
第5章 空间激光通信发射与接收总体技术 134
5.1 空间激光通信体制 134
5.1.1 直接探测技术 136
5.1.2 相干探测技术 137
5.2 编解码技术 143
5.2.1 信源编码 143
5.2.2 加密编码 147
5.2.3 信道编码 148
5.3 调制解调技术 154
5.3.1 光调制技术分类 154
5.3.2 直接探测系统的调制解调技术 156
5.3.3 相干探测系统的调制解调技术 159
5.4 光复用技术 162
5.4.1 光波分复用技术 162
5.4.2 光时分复用技术 163
第6章 空间激光通信发射与接收分系统 167
6.1 激光通信发射与接收分系统方案 167
6.1.1 800nm波段的激光收发系统 168
6.1.2 1550nm波段的激光收发系统 168
6.2 通信发射单元的激光光源 169
6.2.1 空间激光通信对半导体激光器的要求 170
6.2.2 半导体激光器的工作特性 172
6.2.3 通信用典型的半导体激光器 176
6.3 通信发射单元的调制器 181
6.3.1 直接调制器 182
6.3.2 间接调制器 184
6.4 通信发射单元的光放大器 192
6.4.1 掺铒光纤放大器 192
6.4.2 半导体激光放大器 195
6.5 通信接收单元的探测器 197
6.5.1 空间激光通信对探测器的要求 197
6.5.2 主要的探测器类型 197
6.5.3 探测性能分析 200
6.6 通信接收单元的信号处理 206
6.6.1 前置放大器 206
6.6.2 线性放大单元 207
6.6.3 时钟提取与数据判决 207
6.7 通信系统的性能评价 208
6.7.1 眼图 208
6.7.2 误码率 211
第7章 空间激光通信APT技术 215
7.1 空间激光通信APT分系统概述 215
7.1.1 空间激光通信系统APT的基本概念 215
7.1.2 空间激光通信系统对APT分系统的要求 216
7.1.3 空间激光通信APT分系统工作原理 216
7.1.4 空间激光通信APT分系统组成 219
7.1.5 空间激光通信APT分系统类型 223
7.2 空间激光通信系统快速、高概率捕获技术 225
7.2.1 空间激光通信系统捕获机理 226
7.2.2 视轴指向的数据导引方式 227
7.2.3 开环捕获模式 228
7.2.4 扫描方式 230
7.2.5 捕获单元性能指标分析 233
7.3 空间激光通信系统高精度、动态跟踪技术 241
7.3.1 空间激光通信APT分系统性能分析 241
7.3.2 空间激光通信APT分系统特点 247
7.3.3 复合轴APT分系统先进控制算法 249
7.3.4 复合轴APT系统的性能分析和优化设计 254
第8章 空间激光通信APT分系统 257
8.1 粗跟踪伺服单元 257
8.1.1 粗跟踪伺服转台 258
8.1.2 粗跟踪探测单元 264
8.1.3 粗跟踪伺服单元控制设计 266
8.2 精跟踪伺服单元 277
8.2.1 精跟踪光束伺服单元 277
8.2.2 精跟踪探测单元 282
8.2.3 光斑高精度检测技术 285
8.2.4 精跟踪控制单元设计 291
第9章 空间激光通信典型系统分析 297
9.1 欧空局SILEX星际激光通信系统 297
9.1.1 SILEX系统简介 297
9.1.2 SILEX系统光端机系统组成与性能描述 298
9.2 日本ETS-Ⅵ地激光通信系统 301
9.2.1 ETS-Ⅵ划简介 301
9.2.2 ETS-Ⅵ激光通信系统组成与性能描述 302
9.3 美国STVR-Ⅱ激光通信系统 306
9.3.1 STVR-Ⅱ激光通信系统概述 306
9.3.2 STVR-Ⅱ激光通信光端机特性描述 306
附录 英文缩写 315
参考文献 320