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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