摘要：针对水下平台与高空飞机的激光通信中有效通信时间短、使用信标光的捕获对准时间较长、链路不易建立的问题,设计了一套基于水下平台的高空飞机轨迹预报跟踪及指向系统。系统根据飞机发送的航行参数对飞机轨道进行预报,并驱动伺服电机进行跟踪指向。仿真分析了轨道预报算法的误差,并将轨道预报算法应用在实际实验中。实验结果表明,水下平台接收到航行参数后,能在2 s内建立上行通信链路。该算法能够在0.6 s内预测60 s内的轨道位置,误差小于350 m,对应的理论指向误差不超过0.51 mrad。通过比较指向电机的实时反馈与理论指向角,得到系统的指向误差为0.77 mrad。所设计的系统在满足通信指向精度的同时缩短了链路的建立时间,为水下平台与高空激光系统的猝发激光通信提供了具有高可靠性的保障。

摘要：伴随激光通信组网和轻量化的需求以及收发一体化模式的普遍应用,实现光学天线发射和接收之间的高效隔离至关重要,为此文章对同轴天线与离轴天线的隔离度进行了研究。首先采用Code V光学设计软件分别设计了1550 nm波段的同轴天线和离轴两反式天线,视场角为±1.5 mrad,接近衍射极限;再根据杂散光散射模型,利用分析软件进行光线追迹,模拟出隔离度;然后分别研究了在同轴天线次镜中心放置遮拦来规避开孔风险,以及在离轴天线中调整离轴量和曲率半径的方法,使同轴和离轴天线的隔离度分别提升至−69 dB和−89 dB。结果表明,上述方法均能够有效提升光学天线的隔离度。

摘要：【目的】随着卫星技术和通信技术的不断提高,空间激光通信与测距一体化技术也逐渐成熟。而伴随着深空探测、卫星导航等领域的进一步发展,大量的业务及应用需求对星间的通信容量和测距精度又提出了更高的要求。在综合考虑卫星荷载与功耗的前提下,如何在实现激光卫星高速通信的同时,完成测距并进一步提升测距精度,成为亟待解决的课题。【方法】基于双向单程测距原理,设计并实现了一种同时支持正交相移键控(QPSK)和二进制相移键控(BPSK)的相干通信与测距一体化系统,为进一步提升测距性能,又从提升时钟精度入手,通过使用差拍采样方法,使用鉴频与鉴相来获取发送时钟与接收时钟之间的频率差与相位差,以此来获取到更高的时钟精度,从而对测距值进行校正。【结果】该系统能稳定工作在接收光功率大于-48 dBm的环境,针对不同应用需求可设置不同的速率,QPSK模式下最高速率为5 Gbit/s,BPSK模式下速率分别为2.5 Gbit/s、1.25 Gbit/s和625 Mbit/s,系统测距精度理论上可达最小值53 ps,在正常通信时,使用Matlab与Vivado对测距数据进行计算处理,验证了系统测距精度小于0.1 ns。进一步采用差拍采样方法,仿真条件下,测距精度可提升至码元宽度的10^(-3)量级,达±0.36 cm。【结论】所提通信测距一体化系统能够在高速通信的同时实现高精度测距,对未来激光卫星的相关应用具有一定的实际意义。

摘要：可见光通信因其显著优势逐渐成为星间通信的研究热点。可见光通信能够提供丰富且无需授权的频谱资源,传输速率高,保密性强以及抗电磁干扰等。可见光激光通信器件发射功率较高、抗辐照能力强、激光束散角小,有望应用于星间大容量长距离通信链路传输。实现了集成的40路波分复用可见光激光通信系统,复用29个可见光波长,采用离散多音比特加载调制和Levin-Campello算法,达到了418.3 Gbit/s的总传输数据。针对可见光激光通信系统中的带宽受限和高频衰落的问题,该系统采用了数字预均衡技术,根据该系统的信号特点,设计了相应的佐贝尔网络,通过增强高频信号能量和减小低频信号能量实现整体通信性能的提升。实验表明,数字预均衡可显著提升可见光激光通信性能。该系统证明了可见光激光通信在星间大容量通信中的巨大潜力。

摘要：为了保证平背伺服摆镜的镜面精度和支撑刚度,设计了一种周边柔性支撑的方案,通过对摆镜与镜座粘接处机械结构进行切口处理形成铰链结构,降低结构刚度,减小结构变形产生应力的影响。由于摆镜形状、粘接点位置、柔性支撑结构参数较多,并且相互耦合,首先采用正交实验法对摆镜主要参数进行分析与优化,确定摆镜形状尺寸参数和粘接点位置,随后优化设计摆镜柔性支撑结构。仿真分析和实验表明,采用该周边柔性支撑后,摆镜组件一阶频率为446.66 Hz,在±5℃温升(温降)和标准地球重力共同作用下,最大面形误差RMS为λ/42.87,能够满足动、静态刚度和热尺寸稳定性要求。随后使用ZYGO干涉仪在(23±5)℃温度范围内对加工装配后的摆镜面形进行检测,结果表明,摆镜面形PV值优于λ/5.1,RMS优于λ/43.28,满足RMS≤λ/40的指标要求。实验结果表明,柔性支撑参数设计可靠,满足使用要求。

摘要：在激光通信和成像系统中,卡塞格林形式的光学天线不论作为激光信号收发装置还是光学成像装置,像差的存在必然会降低其信号强度和成像质量等性能。通过分析三级像差理论和光学天线微扰理论,依据天线增益因子与遮挡比之间的关系,提出一种方便快捷求解卡塞格林式光学天线结构的方法。此方法在考虑光学天线效率的同时,也可以满足光学系统设计的体积尺寸、像差的要求,在仅知道光学系统焦距、主次镜间距和遮挡比的情况下,可以快捷求出光学天线结构参数。不但给出了四类卡塞格林式光学天线的光学结构参数计算公式,并且结合实际使用对不同的适用场合进行说明及优缺点对比。通过四种典型光学天线的实例计算结果和最优结果比对,表明此方法是一种方便快捷精准求解卡塞格林式的光学天线结构的方法,在工程上具实际指导意义。

摘要：单波长激光通信终端之间数据通信时,信号传输与接收间良好的隔离性能是建立双工双向激光通信的关键。本文针对单个激光波长激光通信端机的传输与接收方案,以及激光通信终端整体的通信性能,分析了关键元器件的表面粗糙度和表面清洁度水平对激光通信终端隔离性能的影响。通过Harvey模型、ABg模型推导模型参数。利用TracePro软件对所设计的方案进行分析。得出以下结论:当信号传输通道中λ/2波片、λ/4波片和光学天线结构的表面粗糙度变好或者表面清洁度提升时,元件带来的后向散射会降低信号传输通道内的隔离性能。同时,激光通信终端隔离度的测量结果为77.86 dB,与软件仿真结果78.35 dB基本一致,这一结果可以应用于激光通信系统。

摘要：随着激光通信向负载能力有限应用平台的推广,激光通信系统逐渐向着轻量化和小型化的方向发展。作为激光通信系统的重要一环,扫描捕获单元的轻小型化设计成为亟待解决的问题。首先,基于旋转双光楔棱镜的扫描捕获单元摒弃常规的机械伺服转台,通过棱镜绕公共旋转轴的独立旋转实现大视场光束偏转。然后,基于非近轴光线追迹建立双光楔棱镜光束偏转模型并分析了双光楔棱镜的扫描模式,为轻小型激光通信光端机的研制提供了一定的参考。最后,基于旋转双光楔棱镜和四象限探测器复用技术提出并分析了一种轻小型激光通信光端机的设计和应用。

摘要：为了减小激光通信终端体积与能耗,同时保证通光孔径和放大倍率,该文根据折反式望远镜的高斯光学及赛德尔像差理论设计了一款改进的Dall-Kirkham接收望远镜。该镜头由2片反射镜、5片透镜组成,接收信号光波长为974 nm和1550 nm,通光口径为60 mm,相对孔径为1/3.38,出瞳距为50 mm,视场角为6 mrad,总长为111.04 mm,工作温度为20℃±10℃。优化后镜头在0.5 mrad视场内波像差优于(1/40)λ,6 mrad视场内波像差优于(1/20)λ,能量集中。为了实现无热化设计,文中给出了结构材料的选取与设计方式,并分析了±10℃温差下光学系统的波像差变化,分析结果表明:镜头成像质量良好,满足应用需求。

摘要：激光通信器作为一种先进的光通信的设备,通信容量大,传输速度快,具有广泛的应用前景。其对设备温度均匀性和稳定性要求高来保证通信质量,且转动关节在两个方位上转动来更大范围地获取信号,转动关节裸露在外空间,都给热设计带来挑战。针对激光通信器的工作特性和外部空间环境规律,采用主动和被动热控方法开展热设计,对转动关节热设计、大功率密度光学器件散热技术、散热面和高精度控温设计方面进行了介绍。并根据热设计状态,设计了单机的热平衡试验,通过高低温热平衡试验对热设计方案进行验证。试验结果表明,设计方案合理可行,为后续转动高热流密度的载荷热设计提供借鉴思路。