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第1章 绪论1

1.1 空间激光通信内涵1

1.2 空间激光通信特点2

1.2.1 空间激光通信的优点2

1.2.2 空间激光通信的缺点4

1.3 空间激光通信主要应用领域及研究意义5

1.4 空间激光通信发展历史、现状与趋势9

1.4.1 空间激光通信发展历史9

1.4.2 空间激光通信国外发展现状10

1.4.3 空间激光通信国内发展现状20

1.4.4 空间激光通信发展趋势21

第2章 空间激光通信系统外界约束条件分析23

2.1 空间激光通信系统描述23

2.2 搭载平台24

2.2.1 地球同步轨道卫星24

2.2.2 低地球轨道卫星25

2.2.3 临近空间平台26

2.2.4 航空平台26

2.2.5 地面／水面平台26

2.3 平台振动特性分析27

2.3.1 振动对空间激光通信影响分析27

2.3.2 振动源特性描述28

2.3.3 抑制平台振动的有效方法30

2.4 平台运动特性分析30

2.4.1 初始对准方式30

2.4.2 工作死区31

2.4.3 链路距离及跟踪角度范围32

2.4.4 相对运动角速度和角加速度34

2.4.5 提前量范围36

2.4.6 多普勒频移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 背景光辐射谱41

2.5.3 主要点辐射源41

2.5.4 主要面背景光43

2.6 大气信道特性分析46

2.6.1 大气吸收46

2.6.2 大气散射引起光功率平均衰减47

2.6.3 大气散射多路径效应51

2.6.4 大气湍流散斑51

2.6.5 大气湍流闪烁52

2.7 云层特性分析54

2.8 空间环境特性分析55

2.8.1 空间温度与气压分布55

2.8.2 空间辐射59

2.9 空间激光通信链路特性分析61

2.9.1 星际激光通信62

2.9.2 星地激光通信63

2.9.3 星空激光通信63

2.9.4 空空／空地／地面激光通信64

第3章 空间激光通信系统总体设计65

3.1 空间激光通信光端机系统构成65

3.1.1 光学机械分系统66

3.1.2 通信分系统66

3.1.3 捕获、跟踪、对准分系统67

3.1.4 总控分系统68

3.2 空间激光通信光端机工作原理68

3.3 空间激光通信系统工作流程71

3.3.1 初始指向72

3.3.2 快速捕获73

3.3.3 粗、精跟踪74

3.3.4 动态通信74

3.4 空间激光通信系统主要任务指标74

3.4.1 通信距离75

3.4.2 通信误码率75

3.4.3 通信速率76

3.5 空间激光通信系统主要参数优化选取77

3.5.1 波长77

3.5.2 光学口径78

3.5.3 通信束散角78

3.6 空间激光通信系统链路功率分析81

3.6.1 通信链路传输方程模型82

3.6.2 粗跟踪／捕获链路功率分析88

3.6.3 精跟踪链路功率分析90

第4章 光学分系统设计92

4.1 光学分系统总体分析92

4.1.1 使用要求92

4.1.2 结构形式确定92

4.1.3 口径计算93

4.1.4 发散角和视场角计算94

4.2 光学分系统光学设计96

4.2.1 材料性能与选择96

4.2.2 卡式系统设计98

4.2.3 中继光学系统设计98

4.2.4 系统消杂光设计100

4.2.5 激光束整形与扩束102

4.3 光学分系统基台设计109

4.3.1 主望远镜的结构设计109

4.3.2 分光系统的布局和结构设计115

4.3.3 发热组件的散热结构116

4.4 光学分系统质量评价116

4.5 光学分系统装调与检测122

4.5.1 卡式系统的装调和检验122

4.5.2 激光发射、接收子系统调校126

4.5.3 光轴平行度调校127

4.5.4 宽距离光束的多轴平行性检测131

第5章 空间激光通信发射与接收总体技术134

5.1 空间激光通信体制134

5.1.1 直接探测技术136

5.1.2 相干探测技术137

5.2 编解码技术143

5.2.1 信源编码143

5.2.2 加密编码147

5.2.3 信道编码148

5.3 调制解调技术154

5.3.1 光调制技术分类154

5.3.2 直接探测系统的调制解调技术156

5.3.3 相干探测系统的调制解调技术159

5.4 光复用技术162

5.4.1 光波分复用技术162

5.4.2 光时分复用技术163

第6章 空间激光通信发射与接收分系统167

6.1 激光通信发射与接收分系统方案167

6.1.1 800nm波段的激光收发系统168

6.1.2 1550nm波段的激光收发系统168

6.2 通信发射单元的激光光源169

6.2.1 空间激光通信对半导体激光器的要求170

6.2.2 半导体激光器的工作特性172

6.2.3 通信用典型的半导体激光器176

6.3 通信发射单元的调制器181

6.3.1 直接调制器182

6.3.2 间接调制器184

6.4 通信发射单元的光放大器192

6.4.1 掺铒光纤放大器192

6.4.2 半导体激光放大器195

6.5 通信接收单元的探测器197

6.5.1 空间激光通信对探测器的要求197

6.5.2 主要的探测器类型197

6.5.3 探测性能分析200

6.6 通信接收单元的信号处理206

6.6.1 前置放大器206

6.6.2 线性放大单元207

6.6.3 时钟提取与数据判决207

6.7 通信系统的性能评价208

6.7.1 眼图208

6.7.2 误码率211

第7章 空间激光通信APT技术215

7.1 空间激光通信APT分系统概述215

7.1.1 空间激光通信系统APT的基本概念215

7.1.2 空间激光通信系统对APT分系统的要求216

7.1.3 空间激光通信APT分系统工作原理216

7.1.4 空间激光通信APT分系统组成219

7.1.5 空间激光通信APT分系统类型223

7.2 空间激光通信系统快速、高概率捕获技术225

7.2.1 空间激光通信系统捕获机理226

7.2.2 视轴指向的数据导引方式227

7.2.3 开环捕获模式228

7.2.4 扫描方式230

7.2.5 捕获单元性能指标分析233

7.3 空间激光通信系统高精度、动态跟踪技术241

7.3.1 空间激光通信APT分系统性能分析241

7.3.2 空间激光通信APT分系统特点247

7.3.3 复合轴APT分系统先进控制算法249

7.3.4 复合轴APT系统的性能分析和优化设计254

第8章 空间激光通信APT分系统257

8.1 粗跟踪伺服单元257

8.1.1 粗跟踪伺服转台258

8.1.2 粗跟踪探测单元264

8.1.3 粗跟踪伺服单元控制设计266

8.2 精跟踪伺服单元277

8.2.1 精跟踪光束伺服单元277

8.2.2 精跟踪探测单元282

8.2.3 光斑高精度检测技术285

8.2.4 精跟踪控制单元设计291

第9章 空间激光通信典型系统分析297

9.1 欧空局SILEX星际激光通信系统297

9.1.1 SILEX系统简介297

9.1.2 SILEX系统光端机系统组成与性能描述298

9.2 日本ETS-Ⅵ地激光通信系统301

9.2.1 ETS-Ⅵ划简介301

9.2.2 ETS-Ⅵ激光通信系统组成与性能描述302

9.3 美国STVR-Ⅱ激光通信系统306

9.3.1 STVR-Ⅱ激光通信系统概述306

9.3.2 STVR-Ⅱ激光通信光端机特性描述306

附录 英文缩写315

参考文献320