空天地协同激光通信技术与应用

目录
序
前言
第一章 概述 1
1.1 空天地协同激光通信简介 1
1.2 空天地协同激光通信链路技术发展概述 2
1.2.1 星地、星间激光链路 3
1.2.2 空基激光链路 11
1.2.3 地海激光链路 19
1.3 空天地协同激光通信关键技术发展概述 21
1.3.1 激光链路快速捕获技术 22
1.3.2 激光链路稳定跟踪技术 23
1.3.3 激光链路高速高可用度通信技术 31
参考文献 32
第二章 空天地激光链路快速建立技术 35
2.1 激光通信瞄准技术及误差分析 35
2.1.1 瞄准坐标系的建立 37
2.1.2 瞄准角的数学表达 41
2.1.3 捕跟坐标系下的瞄准角度计算方法 43
2.1.4 方位轴对捕跟瞄准精度影响 43
2.1.5 俯仰轴对捕获瞄准精度影响 46
2.2 窄信标光束扫描捕获理论模型 48
2.2.1 扫描捕获工作原理和方式 49
2.2.2 扫描捕获模型建立 53
2.2.3 捕获概率和平均捕获时间 58
2.2.4 捕获扫描方式及扫描时间函数 59
2.3 窄信标扫描捕获特性分析 61
2.3.1 平台姿态漂移影响下捕获概率特性分析 61
2.3.2 平台姿态漂移影响下平均捕获时间特性分析 63
2.4 限定时间下扫描捕获分析 65
2.4.1 限定时间下单场扫描捕获仿真与分析 65
2.4.2 限定时间下多场扫描捕获仿真与分析 66
参考文献 69
第三章 空天地激光链路稳定保持技术 71
3.1 空天地窄信标光束跟踪理论模型 72
3.1.1 单向跟踪 73
3.1.2 双向跟踪 75
3.1.3 窄信标双向稳定跟踪控制系统 79
3.2 空天地窄信标光束双向跟踪稳定性研究 86
3.2.1 窄信标光束双向跟踪补偿效应描述 86
3.2.2 双向跟踪CCD测角误差数学描述 88
3.2.3 跟踪误差对窄信标双向跟踪稳定性影响分析 91
3.2.4 窄信标稳定跟踪仿真与分析 94
3.3 空天地捕跟探测快速切换在轨优化方法研究 97
3.3.1 图像阈值分割法 98
3.3.2 自适应*优分割值理论模型 98
3.3.3 自适应*优分割值优化算法实现 102
3.4 空天地激光链路章动跟踪技术研究 105
3.4.1 空间光到单模光纤耦合理论 106
3.4.2 章动跟踪系统理论分析 108
3.4.3 章动跟踪建模 109
3.4.4 章动参数研究 112
3.4.5 自适应章动算法 125
参考文献 138
第四章 空天地激光链路高速通信复用技术 140
4.1 基于光频梳的密集波分复用高速通信方法 141
4.2 高速复用通信技术中的多载波实现 143
4.2.1 电光调制器产生光频梳的理论分析 143
4.2.2 电光调制器产生光频梳的实验研究 145
4.3 高速复用通信技术中的宽带光频梳 146
4.3.1 光纤自相位调制理论分析 146
4.3.2 基于自相位调制的光频梳展宽实验研究 147
4.4 基于光频梳的高速复用通信实验研究 149
4.4.1 中心波长可调的宽带光频梳实验研究 149
4.4.2 频率间隔可调的宽带光频梳实验研究 152
参考文献 153
第五章 空天地大气信道湍流影响机理与补偿技术 155
5.1 激光链路光束远场动态特性链路跟踪稳定性与补偿方法 156
5.1.1 链路光束远场动态特性 156
5.1.2 链路稳定性优化算法 159
5.1.3 链路光束远场动态特性对链路稳定性影响补偿 161
5.2 大气湍流对系统通信性能影响分析 168
5.2.1 激光链路大气信道物理特性分析与建模 168
5.2.2 大气湍流对单输入单输出(SISO)自由空间光系统通信性能影响 171
5.2.3 大气湍流对多输入多输出(MIMO)自由空间光系统通信性能影响 188
5.2.4 MRC条件下系统通信性能的分析 198
5.2.5 MRC与EGC方案通信性能的比较 208
5.3 激光链路大气信道预报方法 210
5.3.1 模型建立条件 210
5.3.2 模型惯性参考坐标系 212
5.3.3 激光链路大气信道综合监测及可用度评价 212
参考文献 215
第六章 空天地应急通信技术应用评估 217
6.1 激光链路光束远场动态特性地面等效试验评估 221
6.1.1 光束漂移对稳定性影响评估 221
6.1.2 光束扩展对稳定性影响评估 226
6.1.3 到达角起伏对稳定性影响实验结果分析 227
6.1.4 激光链路大气条件下光束远场随机扰动特性影响地面测试验证 228
6.2 光束捕跟性能试验评估 231
6.2.1 捕跟探测快速切换方法的地面外场验证 231
6.2.2 捕跟坐标系在轨优化方法的在轨验证 234
6.2.3 窄信标光束快速扫描捕获方法试验验证 236
6.2.4 窄信标光束稳定双向跟踪方法试验验证 241
6.3 典型平台激光链路跟踪稳定性试验评估 245
6.3.1 链路跟踪稳定性实验系统及测试方案 245
6.3.2 星间链路光束远场动态特性地面等效验证实验 247
6.3.3 链路跟踪稳定性优化方法实验验证 249
6.4 激光通信信道纠错编码试验评估 254
6.4.1 编码技术性能比较 254
6.4.2 编码技术实现方法 256
6.5 随机角抖动对单模光纤耦合效率应用评估 258
参考文献 261