近年來，隨著衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)概念的興起，星間骨干網(wǎng)絡對于數(shù)據(jù)傳輸容量的需求暴增。傳統(tǒng)的微波星間通信技術存在損耗大、載波頻率低等問題，同時由于衛(wèi)星平臺的重量和功耗等受限，不能滿足應用需求�？臻g激光通信技術具有抗干擾能力強、安 全性高、通信速率高、無電磁頻譜限制等優(yōu)勢，是星間通信的首 選技術�？臻g相干激光通信技術與非相干探測通信技術相比，可以獲得更高的探測靈敏度，具備全天時工作能力。
本書從空間相干激光通信背景出發(fā)，系統(tǒng)闡述激光通信系統(tǒng)的體系結構、鏈路預算、光跟瞄等內容。通過閱讀本書，讀者可以系統(tǒng)地了解空間相干激光通信技術的基本原理和核心關鍵技術。另外，本書對于激光通信的系統(tǒng)設計具有重要的參考價值，是作者近年來在空間相干激光通信技術領域的研究總結，適合激光通信、激光測量和信號處理等相關領域的科技人員參考使用，也可以作為高等院校相關專業(yè)的教學和研究資料。
《空間相干激光通信技術》一書是中國科學院上海光學精密機械研究所空間激光通信團隊在該領域研究成果的總結，融入了國際上新的理論和技術的研究內容。本書由孫建鋒研究員、許倩副研究員、魯偉副研究員、侯培培副研究員合著，作者團隊有二十余年的激光通信領域研究經(jīng)驗，承擔了我國多個星間激光通信的型號任務，在基礎理論和具體實踐方面有很高的造詣。作者編寫本書的初衷是將其作為從事該領域工作人員的一本內容相對系統(tǒng)的參考書籍，因此在寫作上盡量注意原理和技術相結合，理論和實踐相結合，并適當加入了實際的設計案例，這些內容可以使讀者快速掌握空間激光通信系統(tǒng)的設計要點。相信對于從事該領域的科技人員和相關高校師生，本書會是一本及時的、能為大家答疑解惑的參考書。
孫建鋒
中國科學院上海光學精密機械研究所研究員，中國科學院空間激光信息傳輸與探測技術重點實驗室副主任，主要從事空間激光通信和空間激光相干雷達方面的研究。作為型號主任設計師承擔了我國星地高速相干激光通信試驗任務、北斗三號激光星間鏈路通信測量一體化任務。
第1章 空間激光通信的現(xiàn)狀及趨勢 001
1.1 空間激光通信技術 001
1.2 空間激光通信國內外發(fā)展現(xiàn)狀 001
1.2.1 歐洲 002
1.2.2 美國 007
1.2.3 日本 014
1.2.4 中國 017
1.3 空間激光通信技術發(fā)展趨勢 019
第2章 空間激光通信基本原理 021
2.1 通信基本原理 021
2.2 通信方式 022
2.3 通信信息量度量 024
2.4 通信性能主要指標 024
2.4.1 通信速率 025
2.4.2 誤比特率 025
2.4.3 信道容量 028
2.5 數(shù)字基帶信號及其頻譜特性 030
2.5.1 數(shù)字基帶信號 030
2.5.2 基帶信號的頻譜特性 032
2.6 空間激光通信與光纖通信的異同 037
2.7 相干探測原理 038
2.8 典型相干探測體制靈敏度 045
2.8.1 幅度調制外差探測靈敏度 045
2.8.2 FSK調制外差探測靈敏度 047
2.8.3 BPSK調制外差探測靈敏度 048
2.8.4 ASK和PSK調制零差探測靈敏度 049
2.8.5 不同相干探測靈敏度對比 049
2.9 光跟瞄基本原理 050
2.9.1 航天器動力學特性 050
2.9.2 衛(wèi)星軌道類型 052
2.9.3 衛(wèi)星軌道描述 054
2.9.4 衛(wèi)星星座 055
2.9.5 星間鏈路特性分析 057
2.9.6 衛(wèi)星平臺微振動 062
2.9.7 光跟瞄組成與基本原理 065
2.9.8 光跟瞄系統(tǒng)性能分析與描述 074
2.9.9 光跟瞄系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差 082
第3章 相干激光通信鏈路與系統(tǒng)設計 085
3.1 相干激光通信鏈路設計 085
3.1.1 激光通信鏈路傳輸方程模型 085
3.1.2 典型通信鏈路分析 094
3.1.3 粗跟蹤/捕獲鏈路功率分析 094
3.1.4 精跟蹤鏈路功率分析 095
3.2 光學外差效率 095
3.3 光學瞄準、捕獲和跟蹤系統(tǒng) 101
3.3.1 PAT系統(tǒng)基本工作原理 101
3.3.2 PAT系統(tǒng)基本組成 103
3.3.3 關鍵器件及原理 105
3.4 光學系統(tǒng)設計 124
3.4.1 望遠鏡設計 124
3.4.2 成像光學 128
3.5 其他設計因素和考慮 130
3.5.1 背景光影響 130
3.5.2 提前量 135
3.5.3 多普勒頻移 140
3.5.4 時空參考系 141
3.5.5 空間環(huán)境特性 150
3.5.6 蒙氣差 157
第4章 空間相干激光通信體系和結構 163
4.1 空間相干激光通信終端結構 163
4.2 光學地面站結構 165
4.2.1 大氣隨機信道 165
4.2.2 地面站典型設計 170
4.3 通信光和信標光收發(fā)系統(tǒng)結構 185
4.3.1 通信光、信標光旁軸式結構 185
4.3.2 通信光、信標光同軸式結構 186
4.3.3 通信光、信標光合一式結構 186
4.4 光學捕獲跟蹤系統(tǒng)結構 187
4.4.1 經(jīng)緯儀式 187
4.4.2 潛望鏡式 191
4.4.3 單反射鏡式 191
4.4.4 雙棱鏡式 193
4.5 光學系統(tǒng)結構設計 203
第5章 相干激光通信系統(tǒng) 207
5.1 單頻激光光源 207
5.1.1 激光線寬 207
5.1.2 相對強度噪聲 211
5.1.3 波長 213
5.2 光學橋接器 215
5.2.1 180°光學橋接器 216
5.2.2 90°光學橋接器 219
5.3 BPSK相干通信技術 232
5.4 空間多模DPSK相干通信技術 236
5.5 正交相位調制零差相干通信技術 250
5.6 基于通道切換的相干光通信解調技術 254
5.7 高階調制通信技術 259
5.8 光學鎖相環(huán)技術 264
5.8.1 激光器相位噪聲性質 264
5.8.2 光學鎖相環(huán)組成和原理 269
5.8.3 光學鎖相環(huán)的設計 271
第6章 跟瞄光機械系統(tǒng) 277
6.1 復合軸光跟瞄原理 277
6.1.1 粗跟蹤系統(tǒng)原理 277
6.1.2 精跟蹤系統(tǒng)原理 281
6.1.3 復合軸光跟瞄原理 282
6.2 位置誤差信號探測技術 284
6.2.1 四象限探測器位置誤差探測技術 284
6.2.2 焦平面探測器位置誤差探測技術 288
6.2.3 光學章動位置誤差探測技術 289
6.3 摩擦對光跟瞄的影響 293
6.3.1 靜態(tài)摩擦模型 293
6.3.2 動態(tài)摩擦模型 295
第7章 激光終端地面檢測驗證技術 297
7.1 光束遠距離傳輸模擬原理 297
7.2 衛(wèi)星激光通信終端光跟蹤檢測數(shù)理基礎 301
7.2.1 空間實際條件下的遠場衍射 301
7.2.2 地面模擬條件下的近場衍射 306
7.3 模擬遠場傳播的近場光學跟瞄檢驗裝置 309
7.3.1 發(fā)射光束偏轉法 309
7.3.2 接收終端偏轉法 310
7.4 衛(wèi)星激光通信雙終端雙向遠距離傳輸模擬與地面檢測裝置 311
7.4.1 空間光采樣雙終端雙向遠距離動態(tài)模擬系統(tǒng) 312
7.4.2 光纖采樣雙終端雙向遠距離動態(tài)模擬系統(tǒng) 314
7.4.3 光學再生雙終端雙向動態(tài)遠距離傳輸模擬系統(tǒng) 317
第8章 激光光束質量檢測技術 321
8.1 激光光束發(fā)散度測量技術 321
8.2 激光光束波面測量技術 323
8.2.1 直接波前傳感器 324
8.2.2 間接波前傳感器 326
第9章 相干激光通信系統(tǒng)設計舉例 333
9.1 低軌衛(wèi)星－低軌衛(wèi)星相干激光通信系統(tǒng) 333
9.1.1 鏈路預算 333
9.1.2 通信終端總體方案 335
9.2 高軌衛(wèi)星-低軌衛(wèi)星相干激光通信系統(tǒng) 338
9.2.1 鏈路預算 338
9.2.2 通信終端總體方案 341
9.3 高軌衛(wèi)星-高軌衛(wèi)星相干激光通信系統(tǒng) 343
9.3.1 鏈路預算 343
9.3.2 通信終端總體方案 345
9.4 低軌衛(wèi)星－光學地面站相干激光通信系統(tǒng) 345
9.4.1 鏈路預算 345
9.4.2 通信終端總體方案 347
9.5 深空激光通信技術 348
9.5.1 鏈路預算 348
9.5.2 通信終端總體方案 349
第10章 相干激光通信新技術 353
10.1 微納衛(wèi)星激光通信技術 353
10.2 光學相控激光通信技術 354
10.3 多功能一體化激光通信技術 360
10.4 短波激光通信技術 368
參考文獻 371
附錄A 穩(wěn)相法一維相位函數(shù)的傅里葉變換近似求解 387
附錄B 四元數(shù) 389
附錄C 星歷解算方法 391
附錄D 光纖放大器噪聲 399
附錄E IQ電光調制器 403
書單推薦
