星際激光通信詳解演示文稿現(xiàn)在是1頁(yè)\一共有34頁(yè)\編輯于星期六優(yōu)選星際激光通信現(xiàn)在是2頁(yè)\一共有34頁(yè)\編輯于星期六衛(wèi)星激光通信——優(yōu)勢(shì)的結(jié)合利用光載波極高的頻率可達(dá)成巨大的通信容量利用光器件體積小、重量輕的優(yōu)點(diǎn)可顯著降低衛(wèi)星質(zhì)量利用光波波長(zhǎng)短的優(yōu)點(diǎn)可減小天線口徑，提高衛(wèi)星有效載荷利用衛(wèi)星通信的優(yōu)點(diǎn)可方便地實(shí)現(xiàn)全球覆蓋和移動(dòng)性現(xiàn)在是3頁(yè)\一共有34頁(yè)\編輯于星期六衛(wèi)星光通信鏈路分類星間鏈路ISLIOL星地鏈路現(xiàn)在是4頁(yè)\一共有34頁(yè)\編輯于星期六9.3.1主要問(wèn)題及對(duì)策現(xiàn)在是5頁(yè)\一共有34頁(yè)\編輯于星期六主要問(wèn)題共性問(wèn)題損耗通信光束的對(duì)準(zhǔn)、捕捉和跟蹤背景噪聲多譜勒頻移星地光通信面臨的問(wèn)題大氣信道衰減/湍流現(xiàn)在是6頁(yè)\一共有34頁(yè)\編輯于星期六損耗自由空間的傳輸損耗與距離的平方成正比，與波長(zhǎng)的平方成反比星間距離通常在數(shù)千到數(shù)萬(wàn)公里自由空間損耗在250dB以上現(xiàn)在是7頁(yè)\一共有34頁(yè)\編輯于星期六光學(xué)天線----解決損耗問(wèn)題天線的增益與其口徑的平方成正比，與工作波長(zhǎng)的平方成反比光波波長(zhǎng)在m數(shù)量級(jí)，小口徑天線即可獲得巨大增益工作波長(zhǎng)為1550nm時(shí)，20cm口徑的天線即可實(shí)現(xiàn)110dB以上的增益現(xiàn)在是8頁(yè)\一共有34頁(yè)\編輯于星期六發(fā)散角問(wèn)題圓形口面的天線其波束主瓣半功率角寬度與工作波長(zhǎng)成正比，與天線口徑成反比

20cm口徑的天線工作在1550nm波長(zhǎng)時(shí)，其3dB光束發(fā)散角僅為7.9rad開環(huán)方式基本上不可能實(shí)現(xiàn)通信雙方光束的對(duì)準(zhǔn)現(xiàn)在是9頁(yè)\一共有34頁(yè)\編輯于星期六PAT子系統(tǒng)----解決對(duì)準(zhǔn)問(wèn)題瞄準(zhǔn)、捕獲和跟蹤（PAT）子系統(tǒng)瞄準(zhǔn)----天線指向捕獲----實(shí)現(xiàn)通信光束的對(duì)準(zhǔn)跟蹤----吸收衛(wèi)星機(jī)械振動(dòng)引起的光束偏移現(xiàn)在是10頁(yè)\一共有34頁(yè)\編輯于星期六廣譜宇宙噪聲幾種常用光電檢測(cè)器的波長(zhǎng)響應(yīng)特性現(xiàn)在是11頁(yè)\一共有34頁(yè)\編輯于星期六光學(xué)濾波器----解決背噪問(wèn)題光電檢測(cè)前，在光域?qū)π盘?hào)進(jìn)行窄帶濾波，僅讓特定波段的信號(hào)光通過(guò)，從而大大減少背景光產(chǎn)生的噪聲光電流光學(xué)濾波技術(shù)成熟，大量應(yīng)用于DWDM系統(tǒng)閃耀光柵多層介質(zhì)薄膜陣列波導(dǎo)干涉型光纖光柵型現(xiàn)在是12頁(yè)\一共有34頁(yè)\編輯于星期六多普勒頻移光載波頻移大?。篒OL鏈路存在此問(wèn)題影響GEO-LEO鏈路中，多普勒頻移量接近9GHz，對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)變化范圍約0.08nmvq光源觀察者光源運(yùn)動(dòng)方向光傳播方向現(xiàn)在是13頁(yè)\一共有34頁(yè)\編輯于星期六大氣信道大氣效應(yīng)大氣吸收大氣散射大氣湍流對(duì)光束的影響衰減多徑色散到達(dá)角起伏閃爍現(xiàn)在是14頁(yè)\一共有34頁(yè)\編輯于星期六選擇工作波長(zhǎng)避開大氣高損耗波長(zhǎng)現(xiàn)在是15頁(yè)\一共有34頁(yè)\編輯于星期六AO----部分解決大氣湍流問(wèn)題自適應(yīng)光學(xué)（AO）技術(shù)，在天文觀察領(lǐng)域提出，用于改善大氣湍流條件下的天體成像質(zhì)量AO主要改善光束聚焦質(zhì)量，在通信中可抑制光電檢測(cè)器上光斑的功率波動(dòng)，提高接收性能現(xiàn)在是16頁(yè)\一共有34頁(yè)\編輯于星期六9.3.2衛(wèi)星光通信系統(tǒng)現(xiàn)在是17頁(yè)\一共有34頁(yè)\編輯于星期六總體功能框圖調(diào)制器信號(hào)光源光電檢測(cè)誤差檢測(cè)誤差信號(hào)處理伺服機(jī)械合束器分束器精瞄跟蹤裝置光學(xué)收發(fā)天線粗瞄裝置信標(biāo)信號(hào)信標(biāo)光源接收機(jī)光學(xué)天線平臺(tái)發(fā)射光束接收光束信息數(shù)據(jù)輸入輸出控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成光學(xué)天線子系統(tǒng)PAT子系統(tǒng)光波調(diào)制解調(diào)子系統(tǒng)現(xiàn)在是18頁(yè)\一共有34頁(yè)\編輯于星期六光學(xué)天線子系統(tǒng)星間激光通信中，光學(xué)天線的作用十分重要，主要表現(xiàn)在兩方面：在發(fā)送端對(duì)激光束實(shí)現(xiàn)擴(kuò)束，增大激光束的束腰半徑，可以有效的壓縮光束發(fā)散角，減少光束發(fā)散損耗，降低對(duì)光源的光發(fā)射功率要求在接收端增大接收面積，壓縮接收視野，減少背景光干擾，可充分提高光接收機(jī)的信噪比，延伸系統(tǒng)的通信距離現(xiàn)在是19頁(yè)\一共有34頁(yè)\編輯于星期六光學(xué)天線類型常見(jiàn)類型折射式天線伽利略式開普勒式反射式天線單反射面雙（多）反射面折反射組合式天線現(xiàn)在是20頁(yè)\一共有34頁(yè)\編輯于星期六幾種雙反射面光學(xué)天線牛頓式光學(xué)天線的副鏡面為平面鏡，成像于主鏡的側(cè)方卡塞格倫式光學(xué)天線的副鏡面為旋轉(zhuǎn)雙曲面，內(nèi)側(cè)焦點(diǎn)與主鏡焦點(diǎn)重合，成像于主鏡后方的外側(cè)焦點(diǎn)處格雷果里式光學(xué)天線的副鏡面為旋轉(zhuǎn)橢圓面，近側(cè)焦點(diǎn)與主鏡焦點(diǎn)重合，成像于主鏡后方的遠(yuǎn)側(cè)焦點(diǎn)處牛頓式卡塞格倫式格雷果里式現(xiàn)在是21頁(yè)\一共有34頁(yè)\編輯于星期六卡塞格倫天線----常見(jiàn)選擇優(yōu)點(diǎn)沒(méi)有實(shí)焦點(diǎn)重量輕光路設(shè)計(jì)方便MNF1F2饋源2b2a現(xiàn)在是22頁(yè)\一共有34頁(yè)\編輯于星期六PAT子系統(tǒng)光學(xué)天線發(fā)送光束接收光束光發(fā)送機(jī)光束方向驅(qū)動(dòng)功能單元光接收機(jī)開環(huán)瞄準(zhǔn)功能單元跟蹤功能單元捕獲功能單元信標(biāo)光源現(xiàn)在是23頁(yè)\一共有34頁(yè)\編輯于星期六PAT工作流程開環(huán)瞄準(zhǔn)捕獲掃描誤差檢測(cè)天線方向調(diào)整跟蹤誤差檢測(cè)光束方向微調(diào)現(xiàn)在是24頁(yè)\一共有34頁(yè)\編輯于星期六掃描方式單方掃描（Stare—Scan）光束掃描FOV掃描雙方掃描（Scan—Scan）現(xiàn)在是25頁(yè)\一共有34頁(yè)\編輯于星期六掃描過(guò)程主動(dòng)方按完善的掃描策略計(jì)算出若干掃描點(diǎn)，確保在某掃描點(diǎn)上發(fā)送光束一定可以覆蓋被動(dòng)方；主動(dòng)方驅(qū)動(dòng)天線逐一瞄準(zhǔn)各個(gè)掃描點(diǎn)，并在每個(gè)掃描點(diǎn)作一定時(shí)間的駐留；在某掃描點(diǎn)上主動(dòng)方發(fā)送光束出現(xiàn)在被動(dòng)方的FOV中（因?yàn)楸粍?dòng)方有足夠大的FOV，因此在其未實(shí)現(xiàn)天線精確對(duì)準(zhǔn)的情況下，也能在FOV中捕獲到主動(dòng)方投射來(lái)的發(fā)送光束）；在主動(dòng)方于該掃描點(diǎn)上駐留的時(shí)間內(nèi)，被動(dòng)方衛(wèi)星根據(jù)FOV中主動(dòng)方出現(xiàn)的位置計(jì)算出對(duì)準(zhǔn)誤差，并進(jìn)一步計(jì)算出糾正數(shù)據(jù)，驅(qū)動(dòng)本方天線實(shí)現(xiàn)精確接收對(duì)準(zhǔn)，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了本方發(fā)送光束到主動(dòng)方的對(duì)準(zhǔn)；被動(dòng)方出現(xiàn)在主動(dòng)方的接收FOV中，主動(dòng)方計(jì)算出對(duì)準(zhǔn)誤差和糾正數(shù)據(jù)并驅(qū)動(dòng)天線實(shí)現(xiàn)精確對(duì)準(zhǔn)，停止掃描。掃描過(guò)程完成?，F(xiàn)在是26頁(yè)\一共有34頁(yè)\編輯于星期六掃描策略現(xiàn)在是27頁(yè)\一共有34頁(yè)\編輯于星期六誤差檢測(cè)部件4QD光束方向調(diào)整部件快速傾斜鏡（FSM）目前：快速調(diào)整跟蹤以吸收衛(wèi)星振動(dòng)IAIDIBICxy現(xiàn)在是28頁(yè)\一共有34頁(yè)\編輯于星期六PAT典型光路二軸反射鏡天線方向驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)CCD信標(biāo)光源半反鏡卡塞格倫光學(xué)天線誤差計(jì)算開環(huán)瞄準(zhǔn)衛(wèi)星狀態(tài)信息掃描控制跟蹤反射鏡跟蹤驅(qū)動(dòng)誤差計(jì)算QD光學(xué)濾波片捕獲跟蹤控制APD光束準(zhǔn)直LD現(xiàn)在是29頁(yè)\一共有34頁(yè)\編輯于星期六跟蹤殘差0-2002000-30300-6080現(xiàn)在是30頁(yè)\一共有34頁(yè)\編輯于星期六AO子系統(tǒng)現(xiàn)在是31頁(yè)\一共有34頁(yè)\編輯于星期六波前探測(cè)器透鏡陣列CCD陣列單個(gè)透鏡成像H-S波前傳感器現(xiàn)在是32頁(yè)\一共有34頁(yè)\編輯于星期六AO對(duì)接收性能的改善0.01.0時(shí)間（秒）