第1章 卫星光通信研究进展及应用背景 1
1.1 概述 1
1.2 卫星光通信研究进展 1
1.2.1 美国卫星光通信研究进展情况 1
1.2.2 欧洲卫星光通信研究进展情况 5
1.2.3 日本卫星光通信领域研究进展情况 10
1.2.4 中国卫星光通信领域研究概况 12
1.3 卫星光通信应用背景 12
参考文献 13
第2章 卫星光通信终端光学系统设计物理基础 15
2.1 概述 15
2.2 卫星光通信终端所处光学环境 17
2.2.1 星光背景噪声分析 19
2.2.2 各链路星光背景仿真实验 25
2.2.3 太阳背景噪声分析 36
2.3 卫星光通信终端所处温度场环境 44
2.3.1 在轨温度场环境特点 44
2.3.2 在轨温度场分布特性研究 46
2.3.3 在轨温度场对系统性能影响的研究 50
2.3.4 45°反射镜在轨温度场分布对系统性能影响的仿真分析 52
2.4 卫星光通信终端所处辐射场环境 62
2.4.1 在轨辐射场环境特点 63
2.4.2 器件抗辐射要求 71
参考文献 74
第3章 卫星光通信终端光学系统特点 78
3.1 概述 78
3.2 卫星光通信终端系统 79
3.2.1 跟瞄子系统 79
3.2.2 通信子系统 86
3.2.3 其他子系统 86
3.3 光束发射子系统光学特点 91
3.3.1 光束发射子系统任务特点 91
3.3.2 光束发射子系统结构特点 92
3.3.3 光束发射子系统光学性能要求 100
3.4 跟瞄接收子系统光学特点 101
3.4.1 跟瞄接收子系统任务特点 101
3.4.2 跟瞄接收子系统结构特点 101
3.4.3 跟瞄接收子系统光学性能要求 107
3.5 通信接收子系统光学特点 110
3.5.1 通信接收子系统任务特点 110
3.5.2 通信接收子系统结构特点 110
3.5.3 通信接收子系统光学性能要求 111
参考文献 114
第4章 卫星光通信终端光学子系统设计 117
4.1 概述 117
4.2 光学天线系统设计 117
4.2.1 光学天线基本技术指标 117
4.2.2 折射系统 117
4.2.3 反射系统 118
4.2.4 折反系统 119
4.3 光束发射子系统光学设计 119
4.3.1 光束发射子系统光学基本技术指标 119
4.3.2 像差对光束发射子系统性能的影响 119
4.4 跟瞄接收子系统光学设计 127
4.5 通信接收子系统光学设计 130
4.5.1 反射式光学发射天线中多个局部畸变对误码率的影响 134
4.5.2 透射式光学发射天线中多个局部畸变对误码率的影响 138
参考文献 141
第5章 光束捕获、跟踪和通信技术物理基础 142
5.1 概述 142
5.2 轨道确定与预测 142
5.2.1 利用地面观测数据确定轨道 142
5.2.2 利用GPS数据预测轨道 143
5.3 激光大气传输理论 145
5.3.1 大气对激光传输影响概述 145
5.3.2 大气激光衰减 147
5.3.3 大气激光折射 149
5.3.4 大气对光束发射的影响 151
参考文献 154
第6章 光束预瞄准和捕获扫描技术 157
6.1 概述 157
6.2 坐标系建立 158
6.2.1 星上瞄准坐标系的建立 158
6.2.2 瞄准机构方位轴坐标系 161
6.3 瞄准理论 162
6.4 提前瞄准 164
6.5 预瞄准和角度获取方法 165
6.5.1 基于GPS和星敏感器的卫星光通信跟踪瞄准角度预测方法 165
6.5.2 基于星载GPS的星间激光通信快速收敛光束跟踪方法 169
6.6 捕获理论 172
6.7 影响捕获性能的因素分析 174
6.7.1 预瞄准误差 174
6.7.2 卫星平台振动 175
6.7.3 捕获探测性能 177
6.8 捕获扫描实现技术方法 178
6.8.1 扫描方式 178
6.8.2 扫描范围选取 182
6.8.3 扫描重叠角设置 184
6.9 大气对光束瞄准的影响 185
6.9.1 大气对光信号偏差检测的影响 185
6.9.2 大气对通信信号探测的影响 187
6.9.3 大气影响补偿方法 190
参考文献 195
第7章 光束跟踪和振动补偿技术 197
7.1 概述 197
7.2 跟踪理论 198
7.2.1 单向跟踪 198
7.2.2 双向跟踪 199
7.3 影响跟踪和振动补偿因素分析 201
7.3.1 探测器的测角误差 201
7.3.2 系统误差 205
7.3.3 卫星平台振动 206
7.4 稳定跟踪控制及振动补偿方法 207
7.4.1 瞄准角度误差的约束条件 207
7.4.2 最大均方差的约束条件 208
7.4.3 再生纵横单向凸图像形心方法 211
7.4.4 阈值分割法的选择 216
7.5 跟踪和振动补偿地面仿真模拟技术 220
7.5.1 实验方案 220
7.5.2 卫星平台振动的模拟 220
7.5.3 实验装置 221
7.5.4 实验过程描述 222
7.5.5 实验结果与分析 223
参考文献 225
第8章 激光通信技术 227
8.1 概述 227
8.2 卫星激光通信链路性能需求分析 229
8.2.1 星地激光通信链路 229
8.2.2 星间激光通信链路 230
8.2.3 深空探测激光通信链路 231
8.2.4 天地一体化信息网络激光通信链路 233
8.3 直接探测通信技术 233
8.3.1 直接探测原理 233
8.3.2 APD（雪崩光电二极管）探测器 239
8.4 相干探测通信技术 240
8.4.1 空间背景光噪声影响 242
8.4.2 相干通信技术 244
8.4.3 相干接收技术 247
8.4.4 相干探测的信噪比 250
8.4.5 多普勒频移对相干通信的影响 250
8.5 鲁棒自差接收方法 252
8.6 光纤耦合效率 253
8.6.1 光纤耦合的基本理论 254
8.6.2 光纤耦合影响的理论模型 257
8.6.3 耦合效率和最优耦合参数 261
参考文献 266