卫星互联网星间激光通信链路传输与路由交换技术研究（特邀）

随着低轨卫星互联网的迅猛发展,星间激光通信链路成为低轨大型星座互联互通的关键,也是用户接入卫星互联网实现全球范围内端到端交互的基础。与地球同步轨道的星间环网不同,由于低轨卫星的高动态性,造成星间链路需要不断动态重构,由此带来空间节点的编址方式、交换路由方法等诸多技术难题,是目前该领域关注的热点。此外,用户终端通过微波链路接入卫星互联网,需要微波链路与激光链路之间的汇集和分发,也是迫切需要研究解决的重点难点问题。     

基于无信标光APT系统捕获性能分析

针对自由空间激光通信系统中无信标光捕获模式下,信号光的发散角小、存在捕获困难的问题,提出一种在APT系统中采用精跟踪快速反射镜作为捕获执行机构进行捕获的方法。基于捕获过程中捕获时间的理论模型,对多场步进扫描和多场快速全场扫描进行理论分析、Monte Carlo仿真,通过仿真分析可知,在无信标捕获模式下选择多场快速全场扫描捕获性能最佳,并且验证了仿真结果与理论模型的一致性。     

一种轻小型、低功耗星间激光通信系统

针对当前微小卫星组网场景下的星间链路需求,提出了一种以小型化、低功耗为特色的低速率星间激光通信系统设计方案,介绍了空间激光通信领域的国内外发展现状,重点介绍了系统的设计思想,系统组成及各部分的核心设计要点及关键元件的选型,并对链路可行性进行了分析.     

半导体星间激光链路试验通信的实现

评述了欧洲空间局ESA的半导体星间激光链路试验(）通信计划，着重对SILEX的通信过程和通信系统进行了描述，并给出了轨道测试结果。     

卫星互联网星间激光通信的分析及建议

卫星通信和地面移动通信具有较强的互补性,卫星互联网是当前产业发展的热点,也是未来6G网络的重要组成部分。全球覆盖需要星间组网,但星间通信带宽需求与自由空间信道带来的不稳定性对空间承载网提出了新的挑战。对星间通信及其传输链路进行对比分析,提出了基于星间激光的光传送网络（OTN）承载方案,以充分发挥地面光通信的成熟产业链优势和规模经济优势,构建经济性、兼容性、扩展性强的星地一体化网络。最后展望了星间激光通信的技术演进方向,并提出了我国产业发展建议。     

星间光通信无信标捕跟瞄技术

无信标捕跟瞄技术以通信光为信标光,无需额外的信标光激光器,在重量和功耗受限的卫星光通信应用中更具优势。针对低轨小卫星平台星间光通信,对直接探测方式下的捕跟瞄链路进行功率预算分析,研究光通信终端的无信标捕跟瞄技术,设计捕跟瞄流程,并深入分析视轴抖动对捕获时间和捕获概率的影响,提出剩余不确定区域计算方法。结果表明:所设计的无信标捕跟瞄方法所需最大激光发射功率为0.135 W,捕获时间为30 s,捕获概率为95%,能够满足低轨星间光通信链路要求。     

低轨通信星座星间链路特点研究

随着全球宽带通信需求的增长,世界各国提出并建设了多种低轨通信星座,我国的卫星互联网系统也在紧张建设中,星间链路将是通信星座系统的重要组成部分。为研究星间链路特点和建链需求,以极轨通信星座为例,从几何角度给出了星间链路指向角和距离的数值计算公式,分析了顺行轨道星间链路的变化规律,并进一步研究了异轨星间反向缝建链的特点。研究结果表明,选取合适的星座参数,可以实现卫星跨反向缝的接续建链,从而保证反向缝两侧卫星之间始终存在可用的通信链路。     

星间激光通信不确定区域扫描补偿技术研究

针对卫星激光通信过程中初始捕获产生的相对运动偏移误差,建立了星间激光通信的相对运动补偿模型。该模型只需提供较少的星历表查询,就能得到高精度补偿数据。仿真实验结果表明,该模型可以减小不确定区域扫描过程中产生的偏移误差,在星间激光通信过程中实现了高概率、快速建立激光通信链路。     

太赫兹技术在低轨星间通信中的应用与分析

高通量卫星技术是实现低轨星间高速通信与组网的重要技术手段,太赫兹通信技术作为实现星间高速大容量传输的一项关键技术,已成为当前国内外研究热点。在介绍了太赫兹通信技术国内外发展现状、分析了低轨星间太赫兹通信的技术需求和特点之后,给出了一种用于低轨卫星的太赫兹星间通信总体设计方案,并对集成化太赫兹射频前端、高增益太赫兹天线、高速调制解调等关键技术进行了分析与总结。最后归纳出太赫兹通信技术在国内低轨宽带卫星网络中发挥重要作用,也将为6G地面移动通信提供技术保障。     

像差对星间激光通信系统高精度对准的影响向

为了减小ATP系统的像差对对准的影响,达到提高系统的对准精度的目的,文中以星间ATP系统中的高精度对准平台为基础,分析了激光器处于轴外发射状态时需要考虑的两个位置偏移量(离轴参量h/s和偏移参量ra),提出激光器的位置状态会对像差有着一定的影响.并通过数值仿真,分别分析了在存在激光器位置偏移量时各种像差对对准精度的影响情况.结果表明激光器发射的状态明显影响着像差对对准的影响程度,适当调节激光器发射状态有利于减小像差对对准精度的影响,进而提高对准精度.     

无线光通信中的步进扫描捕获方式研究

在无线大气激光通信系统中,通信单元双方对对方信号光束的捕获、跟踪和瞄准是系统通信功能实现的前提.而怎样快速、可靠、稳定的捕获到对方的引导光信号,是能否实现无线光通信的关键.在双方彼此不知道对方确切位置的情况下,怎样快速捕捉到对方,进而建立通信链路就是无线大气激光通信首先要解决的问题.国内外普遍采用连续的扫描捕获方式建立通信链路,这样对位置传感器的刷新率有较高的要求,增加了系统成本.介绍了一种步进扫描捕获方式,在相同的捕获精度和速度要求下,降低了对位置敏感器件刷新率的要求,从而降低了系统成本.     

牙颌模型激光扫描双轴系统设计

介绍了一种根据牙颌模型的结构特点设计的专用激光扫描系统.该系统采用独特的双轴运动结构,有效地消除了扫描盲区,简洁高效.     

三维激光扫描的多帧影视特效图像视觉传达方法

在多帧影视特效图像视觉传达过程中,由于提取的图像特征差异,使得视觉传达效果较差。提出三维激光扫描的多帧影视特效图像视觉传达方法研究。依托于三维激光扫描技术,采集多帧影视特效图像。针对图像中包含的噪音,通过小波分析的方法进行处理,并将图像中包含的目标特征提取出来。图像特征数据在极限学习机模型的作用下进行过滤处理,为后续视觉传达提供基础。基于粒子群完成多帧影视特效图像视觉传达。采用基于层次分析和基于红外光谱的视觉传达方法,同文中设计方法进行视觉传达测试,实验结果表明:文中设计方法将图像传达成功率分别提升了31.48%、16.55%,实现了图像视觉传达效果的提升。     

应用于星间光通信系统的光发送机的设计

根据自由空间光通信的特点,在理论分析和数值仿真的基础上提出了适用于星间光通信的长滤长光发送机方案,针对星间光通信对误码率的要求分析了大信号、高泵浦功率条件下ＥＤＦＡ中放大的自发辐射（ＡＳＥ）对系统信噪比增益的影响并通过计算给出了在ＯＯＫ调制方式下光发送机天线口径的最优范围。     

基于声光效应的无线光通信光束扫描系统研究

将新型的光束偏转器件--声光器件引入ATP系统中,在建立了声光偏转器的偏转模型的基础上设计了一种快速、非机械的光束跟踪、瞄准系统.此系统与普遍使用的机械光束控制方式相比具有光束偏转速度快、控制方便、功耗小、可重复性好和体积小等诸多优点,显著的提高了光束对目标跟踪的实时性和稳定性.     

跟瞄误差对星间光码分多址系统性能的影响

为了研究星间光CDMA(codedivisionmultipleaccess)通信系统的性能,分析了跟瞄误差对系统误码率性能的影响。考虑多用户干扰、跟瞄误差和接收机噪声,给出了该通信系统的系统模型,并数值分析了跟瞄误差为不同值时误码率随接收光功率的变化关系。结果表明,跟瞄误差较小时可以实现高码速率通信,当跟瞄误差较大时,该通信系统难以实现通信,需要采用信道编码和新的接收技术来提高通信系统的性能。     

标准化星间激光通信链路接口模型设计方法

在星间数据交换过程中,同时传输不同类型的数据会对系统性能产生较大影响。为统一传输制式,提高数据传输效率,提出星间激光链路接口模型。在星间激光链路接口模型中,针对节点卫星数据处理转发效率低的问题,设计数据帧调整单元整合不同信源的数据;针对空间信道随机错误对系统性能影响较大的问题,添加链路传输处理单元提高激光链路传输的可靠性。研究了星间激光链路接口模型在中继卫星系统与分布式卫星系统中的实现方法。结果表明,采用星间激光链路接口模型后系统传输效率提升了49.93%,纠错性能提升了3.01 dB。     

Reliability of a laser communication system

Reliability function of a laser communication system is found with the help of a probability of error bound. Attention is restricted to the special case when the average photon arrivals at the receiver of the communication system is large. This reliability function is a complicated function and depends on number of parameters such as average number of signal photons, average number of noise photons, information rate and the channel capacity. The system reliability function and the corresponding curves can give the idea of system parameters which may be useful for the implementation of an optimum laser communication system.