第1章 空間激光通信的現狀及趨勢 001

1.1空間激光通信技術001

1.2空間激光通信國內外發展現狀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數字基帶信號及其頻譜特性030

2.5.1數字基帶信號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

2.8.2FSK調制外差探測靈敏度047

2.8.3BPSK調制外差探測靈敏度048

2.8.4ASK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衛星軌道類型052

2.9.3衛星軌道描述054

2.9.4衛星星座055

2.9.5星間鏈路特性分析057

2.9.6衛星平臺微振動062

2.9.7光跟瞄組成與基本原理065

2.9.8光跟瞄繫統性能分析與描述074

2.9.9光跟瞄繫統的穩態誤差082

第3章相干激光通信鏈路與繫統設計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、捕獲和跟蹤繫統101

3.3.1PAT繫統基本工作原理101

3.3.2PAT繫統基本組成103

3.3.3關鍵器件及原理105

3.4光學繫統設計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時空參考繫141

3.5.5空間環境特性150

3.5.6蒙氣差157

第4章空間相干激光通信體繫和結構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繫統結構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光學捕獲跟蹤繫統結構187

4.4.1經緯儀式187

4.4.2潛望鏡式191

4.4.3單反射鏡式191

4.4.4雙稜鏡式193

4.5光學繫統結構設計203

第5章相干激光通信繫統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

5.2.1180°光學橋接器216

5.2.290°光學橋接器219

5.3BPSK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基於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光學鎖相環技術264

5.8.1激光器相位噪聲性質264

5.8.2光學鎖相環組成和原理269

5.8.3光學鎖相環的設計271

第6章跟瞄光機械繫統277

6.1復合軸光跟瞄原理277

6.1.1粗跟蹤繫統原理277

6.1.2精跟蹤繫統原理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

6.2.1四像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靜態摩擦模型293

6.3.2動態摩擦模型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衛星激光通信終端光跟蹤檢測數理基礎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發射光束偏轉法309

7.3.2接收終端偏轉法310

7.4衛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模擬繫統312

7.4.2光纖采樣雙終端雙向遠距離動態模擬繫統314

7.4.3光學再生雙終端雙向動態遠距離傳輸模擬繫統317

第8章激光光束質量檢測技術321

8.1激光光束發散度測量技術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章相干激光通信繫統設計舉例333

9.1低軌衛星－低軌衛星相干激光通信繫統333

9.1.1鏈路預算333

9.1.2通信終端總體方案335

9.2高軌衛星-低軌衛星相干激光通信繫統338

9.2.1鏈路預算338

9.2.2通信終端總體方案341

9.3高軌衛星-高軌衛星相干激光通信繫統343

9.3.1鏈路預算343

9.3.2通信終端總體方案345

9.4低軌衛星－光學地面站相干激光通信繫統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穩相法一維相位函數的傅裡葉變換近似求解387

附錄數389

附錄C星歷解算方法391

附錄D光纖放大器噪聲399

附錄EIQ電光調制器403