《空間雷射通信技術與系統》是2010年國防工業出版社出版的圖書，作者是姜會林。
基本介紹
- 書名：空間雷射通信技術與系統
- 作者：姜會林
- 頁數：332頁
- 定價：48.00元
- 出版社：國防工業出版社
- 出版時間：2010-12-1
- 開本：大32開
內容簡介,目錄,
內容簡介
《空間雷射通信技術與系統》簡要闡述了空間雷射通信系統內涵、特點、研究意義與國內外發展現狀，使讀者對空間雷射通信技術有一個巨觀和大致了解；對影響空間雷射通信系統總體方案的多種外界約束條件進行分析；重點論述空間雷射通信系統總體設計，並分別詳細論述光學分系統、通信發射與接收分系統以及光束捕獲、跟蹤、對準分系統設計。每個分系統設計都包括基本原理、系統組成、關鍵技術、具體實施方案等，最後簡單介紹國際上幾個典型的空間雷射通信系統。
《空間雷射通信技術與系統》是一部空間雷射通信領域的基礎性和前沿性相結合、理論論述與科研成果相結合的專著，內容新穎，物理概念清晰，不僅適用於直接從事空間雷射通信領域的科技人員，而且還適合光學工程、通信工程等學科的高年級本科生、研究生和高等學校教師參考和閱讀。
目錄
第1 章 緒論……………………………………………………… 1
1. 1 空間雷射通信內涵…………………………………… 1
1. 2 空間雷射通信特點…………………………………… 2
1. 2. 1 空間雷射通信的優點…………………………… 2
1. 2. 2 空間雷射通信的缺點…………………………… 4
1. 3 空間雷射通信主要套用領域及研究意義…………… 5
1. 4 空間雷射通信發展歷史、現狀與趨勢………………… 9
1. 4. 1 空間雷射通信發展歷史………………………… 9
1. 4. 2 空間雷射通信國外發展現狀………………… 10
1. 4. 3 空間雷射通信國內發展現狀………………… 20
1. 4. 4 空間雷射通信發展趨勢……………………… 21
第2 章 空間雷射通信系統外界約束條件分析………………… 23
2. 1 空間雷射通信系統描述……………………………… 23
2. 2 搭載平台……………………………………………… 24
2. 2. 1 地球同步軌道衛星…………………………… 24
2. 2. 2 低地球軌道衛星……………………………… 25
2. 2. 3 臨近空間平台………………………………… 26
2. 2. 4 航空平台……………………………………… 26
2. 2. 5 地面/水面平台………………………………… 26
2. 3 平台振動特性分析…………………………………… 27
2. 3. 1 振動對空間雷射通信影響分析……………… 27
2. 3. 2 振動源特性描述……………………………… 28
2. 3. 3 抑制平台振動的有效方法…………………… 30
2. 4 平台運動特性分析…………………………………… 30
2. 4. 1 初始對準方式………………………………… 30
2. 4. 2 工作死區……………………………………… 31
2. 4. 3 鏈路距離及跟蹤角度範圍…………………… 32
2. 4. 4 相對運動角速度和角加速度………………… 34
2. 4. 5 提前量範圍…………………………………… 36
2. 4. 6 都卜勒頻移…………………………………… 37
2. 5 天空背景光特性分析………………………………… 39
2. 5. 1 背景光模型…………………………………… 39
2. 5. 2 背景光輻射譜………………………………… 41
2. 5. 3 主要點輻射源………………………………… 41
2. 5. 4 主要面背景光………………………………… 43
2. 6 大氣信道特性分析…………………………………… 46
2. 6. 1 大氣吸收……………………………………… 46
2. 6. 2 大氣散射引起光功率平均衰減……………… 47
2. 6. 3 大氣散射多路徑效應………………………… 51
2. 6. 4 大氣湍流散斑………………………………… 51
2. 6. 5 大氣湍流閃爍………………………………… 52
2. 7 雲層特性分析………………………………………… 54
2. 8 空間環境特性分析…………………………………… 55
2. 8. 1 空間溫度與氣壓分布………………………… 55
2. 8. 2 空間輻射……………………………………… 59
2. 9 空間雷射通信鏈路特性分析………………………… 61
2. 9. 1 星際雷射通信………………………………… 62
2. 9. 2 星地雷射通信………………………………… 63
2. 9. 3 星空雷射通信………………………………… 63
2. 9. 4 空空/空地/地面雷射通信…………………… 64
第3 章 空間雷射通信系統總體設計…………………………… 65
3. 1 空間雷射通信光端機系統構成……………………… 65
3. 1. 1 光學機械分系統……………………………… 66
3. 1. 2 通信分系統…………………………………… 66
3. 1. 3 捕獲、跟蹤、對準分系統……………………… 67
3. 1. 4 總控分系統…………………………………… 68
3. 2 空間雷射通信光端機工作原理……………………… 68
3. 3 空間雷射通信系統工作流程………………………… 71
3. 3. 1 初始指向……………………………………… 72
3. 3. 2 快速捕獲……………………………………… 73
3. 3. 3 粗、精跟蹤…………………………………… 74
3. 3. 4 動態通信……………………………………… 74
3. 4 空間雷射通信系統主要任務指標…………………… 74
3. 4. 1 通信距離……………………………………… 75
3. 4. 2 通信誤碼率…………………………………… 75
3. 4. 3 通信速率……………………………………… 76
3. 5 空間雷射通信系統主要參數最佳化選取……………… 77
3. 5. 1 波長…………………………………………… 77
3. 5. 2 光學口徑……………………………………… 78
3. 5. 3 通信束散角…………………………………… 78
3. 6 空間雷射通信系統鏈路功率分析…………………… 81
3. 6. 1 通信鏈路傳輸方程模型……………………… 82
3. 6. 2 粗跟蹤/捕獲鏈路功率分析…………………… 88
3. 6. 3 精跟蹤鏈路功率分析………………………… 90
第4 章 光學分系統設計………………………………………… 92
4. 1 光學分系統總體分析………………………………… 92
4. 1. 1 使用要求……………………………………… 92
4. 1. 2 結構形式確定………………………………… 92
4. 1. 3 口徑計算……………………………………… 93
4. 1. 4 發散角和視場角計算………………………… 94
4. 2 光學分系統光學設計………………………………… 96
4. 2. 1 材料性能與選擇……………………………… 96
4. 2. 2 卡式系統設計………………………………… 98
4. 2. 3 中繼光學系統設計…………………………… 98
4. 2. 4 系統消雜光設計……………………………… 100
4. 2. 5 雷射束整形與擴束…………………………… 102
4. 3 光學分系統基台設計……………………………… 109
4. 3. 1 主望遠鏡的結構設計………………………… 109
4. 3. 2 分光系統的布局和結構設計………………… 115
4. 3. 3 發熱組件的散熱結構………………………… 116
4. 4 光學分系統質量評價……………………………… 116
4. 5 光學分系統裝調與檢測…………………………… 122
4. 5. 1 卡式系統的裝調和檢驗……………………… 122
4. 5. 2 雷射發射、接收子系統調校………………… 126
4. 5. 3 光軸平行度調校……………………………… 127
4. 5. 4 寬距離光束的多軸平行性檢測……………… 131
第5 章 空間雷射通信發射與接收總體技術………………… 134
5. 1 空間雷射通信體制………………………………… 134
5. 1. 1 直接探測技術………………………………… 136
5. 1. 2 相干探測技術………………………………… 137
5. 2 編解碼技術………………………………………… 143
5. 2. 1 信源編碼…………………………………… 143
5. 2. 2 加密編碼…………………………………… 147
5. 2. 3 信道編碼…………………………………… 148
5. 3 調製解調技術……………………………………… 154
5. 3. 1 光調製技術分類……………………………… 154
5. 3. 2 直接探測系統的調製解調技術……………… 156
5. 3. 3 相干探測系統的調製解調技術……………… 159
5. 4 光復用技術………………………………………… 162
5. 4. 1 光波分復用技術……………………………… 162
5. 4. 2 光時分復用技術……………………………… 163
第6 章 空間雷射通信發射與接收分系統…………………… 167
6. 1 雷射通信發射與接收分系統方案………………… 167
6. 1. 1 800nm 波段的雷射收發系統………………… 168
6. 1. 2 1550nm 波段的雷射收發系統……………… 168
6. 2 通信發射單元的雷射光源………………………… 169
6. 2. 1 空間雷射通信對半導體雷射器的要求……… 170
6. 2. 2 半導體雷射器的工作特性…………………… 172
6. 2. 3 通信用典型的半導體雷射器………………… 176
6. 3 通信發射單元的調製器…………………………… 181
6. 3. 1 直接調製器………………………………… 182
6. 3. 2 間接調製器………………………………… 184
6. 4 通信發射單元的光放大器………………………… 192
6. 4. 1 摻鉺光纖放大器……………………………… 192
6. 4. 2 半導體雷射放大器…………………………… 195
6. 5 通信接收單元的探測器…………………………… 197
6. 5. 1 空間雷射通信對探測器的要求……………… 197
6. 5. 2 主要的探測器類型…………………………… 197
6. 5. 3 探測性能分析………………………………… 200
6. 6 通信接收單元的信號處理………………………… 206
6. 6. 1 前置放大器………………………………… 206
6. 6. 2 線性放大單元………………………………… 207
6. 6. 3 時鐘提取與數據判決………………………… 207
6. 7 通信系統的性能評價……………………………… 208
ⅩⅧ
6. 7. 1 眼圖………………………………………… 208
6. 7. 2 誤碼率……………………………………… 211
第7 章 空間雷射通信APT 技術……………………………… 215
7. 1 空間雷射通信APT 分系統概述…………………… 215
7. 1. 1 空間雷射通信系統APT 的基本概念………… 215
7. 1. 2 空間雷射通信系統對APT 分系統的要求…… 216
7. 1. 3 空間雷射通信APT 分系統工作原理………… 216
7. 1. 4 空間雷射通信APT 分系統組成……………… 219
7. 1. 5 空間雷射通信APT 分系統類型……………… 223
7. 2 空間雷射通信系統快速、高機率捕獲技術………… 225
7. 2. 1 空間雷射通信系統捕獲機理………………… 226
7. 2. 2 視軸指向的數據導引方式…………………… 227
7. 2. 3 開環捕獲模式………………………………… 228
7. 2. 4 掃描方式…………………………………… 230
7. 2. 5 捕獲單元性能指標分析……………………… 233
7. 3 空間雷射通信系統高精度、動態跟蹤技術………… 241
7. 3. 1 空間雷射通信APT 分系統性能分析………… 241
7. 3. 2 空間雷射通信APT 分系統特點……………… 247
7. 3. 3 複合軸APT 分系統先進控制算法…………… 249
7. 3. 4 複合軸APT 系統的性能分析和最佳化設計…… 254
第8 章 空間雷射通信APT 分系統…………………………… 257
8. 1 粗跟蹤伺服單元…………………………………… 257
8. 1. 1 粗跟蹤伺服轉台……………………………… 258
8. 1. 2 粗跟蹤探測單元……………………………… 264
8. 1. 3 粗跟蹤伺服單元控制設計…………………… 266
8. 2 精跟蹤伺服單元…………………………………… 277
8. 2. 1 精跟蹤光束伺服單元………………………… 277
8. 2. 2 精跟蹤探測單元……………………………… 282
ⅩⅨ
8. 2. 3 光斑高精度檢測技術………………………… 285
8. 2. 4 精跟蹤控制單元設計………………………… 291
第9 章 空間雷射通信典型系統分析………………………… 297
9. 1 歐空局SILEX 星際雷射通信系統………………… 297
9. 1. 1 SILEX 系統簡介……………………………… 297
9. 1. 2 SILEX 系統光端機系統組成與性能描述…… 298
9. 2 日本ETS - VI 地雷射通信系統…………………… 301
9. 2. 1 ETS - VI 劃簡介……………………………… 301
9. 2. 2 ETS - VI 雷射通信系統組成與性能描述…… 302
9. 3 美國STVR -π雷射通信系統…………………… 306
9. 3. 1 STVR -π雷射通信系統概述……………… 306
9. 3. 2 STVR -π雷射通信光端機特性描述………… 306
附錄 英文縮寫………………………………………………… 315
參考文獻………………………………………………………… 320
1. 1 空間雷射通信內涵…………………………………… 1
1. 2 空間雷射通信特點…………………………………… 2
1. 2. 1 空間雷射通信的優點…………………………… 2
1. 2. 2 空間雷射通信的缺點…………………………… 4
1. 3 空間雷射通信主要套用領域及研究意義…………… 5
1. 4 空間雷射通信發展歷史、現狀與趨勢………………… 9
1. 4. 1 空間雷射通信發展歷史………………………… 9
1. 4. 2 空間雷射通信國外發展現狀………………… 10
1. 4. 3 空間雷射通信國內發展現狀………………… 20
1. 4. 4 空間雷射通信發展趨勢……………………… 21
第2 章 空間雷射通信系統外界約束條件分析………………… 23
2. 1 空間雷射通信系統描述……………………………… 23
2. 2 搭載平台……………………………………………… 24
2. 2. 1 地球同步軌道衛星…………………………… 24
2. 2. 2 低地球軌道衛星……………………………… 25
2. 2. 3 臨近空間平台………………………………… 26
2. 2. 4 航空平台……………………………………… 26
2. 2. 5 地面/水面平台………………………………… 26
2. 3 平台振動特性分析…………………………………… 27
2. 3. 1 振動對空間雷射通信影響分析……………… 27
2. 3. 2 振動源特性描述……………………………… 28
2. 3. 3 抑制平台振動的有效方法…………………… 30
2. 4 平台運動特性分析…………………………………… 30
2. 4. 1 初始對準方式………………………………… 30
2. 4. 2 工作死區……………………………………… 31
2. 4. 3 鏈路距離及跟蹤角度範圍…………………… 32
2. 4. 4 相對運動角速度和角加速度………………… 34
2. 4. 5 提前量範圍…………………………………… 36
2. 4. 6 都卜勒頻移…………………………………… 37
2. 5 天空背景光特性分析………………………………… 39
2. 5. 1 背景光模型…………………………………… 39
2. 5. 2 背景光輻射譜………………………………… 41
2. 5. 3 主要點輻射源………………………………… 41
2. 5. 4 主要面背景光………………………………… 43
2. 6 大氣信道特性分析…………………………………… 46
2. 6. 1 大氣吸收……………………………………… 46
2. 6. 2 大氣散射引起光功率平均衰減……………… 47
2. 6. 3 大氣散射多路徑效應………………………… 51
2. 6. 4 大氣湍流散斑………………………………… 51
2. 6. 5 大氣湍流閃爍………………………………… 52
2. 7 雲層特性分析………………………………………… 54
2. 8 空間環境特性分析…………………………………… 55
2. 8. 1 空間溫度與氣壓分布………………………… 55
2. 8. 2 空間輻射……………………………………… 59
2. 9 空間雷射通信鏈路特性分析………………………… 61
2. 9. 1 星際雷射通信………………………………… 62
2. 9. 2 星地雷射通信………………………………… 63
2. 9. 3 星空雷射通信………………………………… 63
2. 9. 4 空空/空地/地面雷射通信…………………… 64
第3 章 空間雷射通信系統總體設計…………………………… 65
3. 1 空間雷射通信光端機系統構成……………………… 65
3. 1. 1 光學機械分系統……………………………… 66
3. 1. 2 通信分系統…………………………………… 66
3. 1. 3 捕獲、跟蹤、對準分系統……………………… 67
3. 1. 4 總控分系統…………………………………… 68
3. 2 空間雷射通信光端機工作原理……………………… 68
3. 3 空間雷射通信系統工作流程………………………… 71
3. 3. 1 初始指向……………………………………… 72
3. 3. 2 快速捕獲……………………………………… 73
3. 3. 3 粗、精跟蹤…………………………………… 74
3. 3. 4 動態通信……………………………………… 74
3. 4 空間雷射通信系統主要任務指標…………………… 74
3. 4. 1 通信距離……………………………………… 75
3. 4. 2 通信誤碼率…………………………………… 75
3. 4. 3 通信速率……………………………………… 76
3. 5 空間雷射通信系統主要參數最佳化選取……………… 77
3. 5. 1 波長…………………………………………… 77
3. 5. 2 光學口徑……………………………………… 78
3. 5. 3 通信束散角…………………………………… 78
3. 6 空間雷射通信系統鏈路功率分析…………………… 81
3. 6. 1 通信鏈路傳輸方程模型……………………… 82
3. 6. 2 粗跟蹤/捕獲鏈路功率分析…………………… 88
3. 6. 3 精跟蹤鏈路功率分析………………………… 90
第4 章 光學分系統設計………………………………………… 92
4. 1 光學分系統總體分析………………………………… 92
4. 1. 1 使用要求……………………………………… 92
4. 1. 2 結構形式確定………………………………… 92
4. 1. 3 口徑計算……………………………………… 93
4. 1. 4 發散角和視場角計算………………………… 94
4. 2 光學分系統光學設計………………………………… 96
4. 2. 1 材料性能與選擇……………………………… 96
4. 2. 2 卡式系統設計………………………………… 98
4. 2. 3 中繼光學系統設計…………………………… 98
4. 2. 4 系統消雜光設計……………………………… 100
4. 2. 5 雷射束整形與擴束…………………………… 102
4. 3 光學分系統基台設計……………………………… 109
4. 3. 1 主望遠鏡的結構設計………………………… 109
4. 3. 2 分光系統的布局和結構設計………………… 115
4. 3. 3 發熱組件的散熱結構………………………… 116
4. 4 光學分系統質量評價……………………………… 116
4. 5 光學分系統裝調與檢測…………………………… 122
4. 5. 1 卡式系統的裝調和檢驗……………………… 122
4. 5. 2 雷射發射、接收子系統調校………………… 126
4. 5. 3 光軸平行度調校……………………………… 127
4. 5. 4 寬距離光束的多軸平行性檢測……………… 131
第5 章 空間雷射通信發射與接收總體技術………………… 134
5. 1 空間雷射通信體制………………………………… 134
5. 1. 1 直接探測技術………………………………… 136
5. 1. 2 相干探測技術………………………………… 137
5. 2 編解碼技術………………………………………… 143
5. 2. 1 信源編碼…………………………………… 143
5. 2. 2 加密編碼…………………………………… 147
5. 2. 3 信道編碼…………………………………… 148
5. 3 調製解調技術……………………………………… 154
5. 3. 1 光調製技術分類……………………………… 154
5. 3. 2 直接探測系統的調製解調技術……………… 156
5. 3. 3 相干探測系統的調製解調技術……………… 159
5. 4 光復用技術………………………………………… 162
5. 4. 1 光波分復用技術……………………………… 162
5. 4. 2 光時分復用技術……………………………… 163
第6 章 空間雷射通信發射與接收分系統…………………… 167
6. 1 雷射通信發射與接收分系統方案………………… 167
6. 1. 1 800nm 波段的雷射收發系統………………… 168
6. 1. 2 1550nm 波段的雷射收發系統……………… 168
6. 2 通信發射單元的雷射光源………………………… 169
6. 2. 1 空間雷射通信對半導體雷射器的要求……… 170
6. 2. 2 半導體雷射器的工作特性…………………… 172
6. 2. 3 通信用典型的半導體雷射器………………… 176
6. 3 通信發射單元的調製器…………………………… 181
6. 3. 1 直接調製器………………………………… 182
6. 3. 2 間接調製器………………………………… 184
6. 4 通信發射單元的光放大器………………………… 192
6. 4. 1 摻鉺光纖放大器……………………………… 192
6. 4. 2 半導體雷射放大器…………………………… 195
6. 5 通信接收單元的探測器…………………………… 197
6. 5. 1 空間雷射通信對探測器的要求……………… 197
6. 5. 2 主要的探測器類型…………………………… 197
6. 5. 3 探測性能分析………………………………… 200
6. 6 通信接收單元的信號處理………………………… 206
6. 6. 1 前置放大器………………………………… 206
6. 6. 2 線性放大單元………………………………… 207
6. 6. 3 時鐘提取與數據判決………………………… 207
6. 7 通信系統的性能評價……………………………… 208
ⅩⅧ
6. 7. 1 眼圖………………………………………… 208
6. 7. 2 誤碼率……………………………………… 211
第7 章 空間雷射通信APT 技術……………………………… 215
7. 1 空間雷射通信APT 分系統概述…………………… 215
7. 1. 1 空間雷射通信系統APT 的基本概念………… 215
7. 1. 2 空間雷射通信系統對APT 分系統的要求…… 216
7. 1. 3 空間雷射通信APT 分系統工作原理………… 216
7. 1. 4 空間雷射通信APT 分系統組成……………… 219
7. 1. 5 空間雷射通信APT 分系統類型……………… 223
7. 2 空間雷射通信系統快速、高機率捕獲技術………… 225
7. 2. 1 空間雷射通信系統捕獲機理………………… 226
7. 2. 2 視軸指向的數據導引方式…………………… 227
7. 2. 3 開環捕獲模式………………………………… 228
7. 2. 4 掃描方式…………………………………… 230
7. 2. 5 捕獲單元性能指標分析……………………… 233
7. 3 空間雷射通信系統高精度、動態跟蹤技術………… 241
7. 3. 1 空間雷射通信APT 分系統性能分析………… 241
7. 3. 2 空間雷射通信APT 分系統特點……………… 247
7. 3. 3 複合軸APT 分系統先進控制算法…………… 249
7. 3. 4 複合軸APT 系統的性能分析和最佳化設計…… 254
第8 章 空間雷射通信APT 分系統…………………………… 257
8. 1 粗跟蹤伺服單元…………………………………… 257
8. 1. 1 粗跟蹤伺服轉台……………………………… 258
8. 1. 2 粗跟蹤探測單元……………………………… 264
8. 1. 3 粗跟蹤伺服單元控制設計…………………… 266
8. 2 精跟蹤伺服單元…………………………………… 277
8. 2. 1 精跟蹤光束伺服單元………………………… 277
8. 2. 2 精跟蹤探測單元……………………………… 282
ⅩⅨ
8. 2. 3 光斑高精度檢測技術………………………… 285
8. 2. 4 精跟蹤控制單元設計………………………… 291
第9 章 空間雷射通信典型系統分析………………………… 297
9. 1 歐空局SILEX 星際雷射通信系統………………… 297
9. 1. 1 SILEX 系統簡介……………………………… 297
9. 1. 2 SILEX 系統光端機系統組成與性能描述…… 298
9. 2 日本ETS - VI 地雷射通信系統…………………… 301
9. 2. 1 ETS - VI 劃簡介……………………………… 301
9. 2. 2 ETS - VI 雷射通信系統組成與性能描述…… 302
9. 3 美國STVR -π雷射通信系統…………………… 306
9. 3. 1 STVR -π雷射通信系統概述……………… 306
9. 3. 2 STVR -π雷射通信光端機特性描述………… 306
附錄 英文縮寫………………………………………………… 315
參考文獻………………………………………………………… 320
