随着低轨卫星互联网的迅猛发展，星间激光通信链路成为低轨大型星座互联互通的关键，也是用户接入卫星互联网实现全球范围内端到端交互的基础。与地球同步轨道的星间环网不同，由于低轨卫星的高动态性，造成星间链路需要不断动态重构，由此带来空间节点的编址方式、交换路由方法等诸多技术难题，是目前该领域关注的热点。此外，用户终端通过微波链路接入卫星互联网，需要微波链路与激光链路之间的汇集和分发，也是迫切需要研究解决的重点难点问题。

针对低轨卫星激光通信实时化、低功耗的应用场景，为了解决独立时钟源及传输信道复杂等问题，对时钟恢复算法和前向纠错码进行了改进与优化，实现了资源占用低、时延低且功耗为0.129 W和1.199 W的实时化全数字时钟恢复算法和低密度奇偶校验（LDPC）编译码。搭建了桌面演示系统，成功演示了二进制相移键控（BPSK）调制/相干探测、通信速率为1.024 Gbit/s的实时空间光传输，其中时钟误差约为1.50×10^-4。

为了在高动态、低信噪比的条件下实现对低轨物联网信号的快速捕获, 提出了一种用于快速捕获低轨物联网信号的部分匹配滤波-快速傅里叶变换(PMF-FFT)改进算法。首先, 利用星历信息预估多普勒频偏, 缩小频域搜索范围; 然后, 通过补零、加窗方法克服PMF-FFT算法的扇贝损失; 最后, 采用频域差分非相干累积提高低信噪比下的输出增益。仿真分析表明, 所提改进算法在信噪比为-25~-15 dB时能提高低轨物联网信号的检测概率, 搜索范围由15~35 kHz缩小为24.8~25.2 kHz。

低轨道卫星热环境复杂恶劣，对遥感相机光机结构的热性能提出了严格要求。本文提出了一 种基于在轨温度场的光、机、热一体化仿真分析方法，以某低轨道卫星相机为例，分别采用Thermal Desktop、 MSC Patran/Nastran、 Code V 构建热分析模型、结构有限元分析模型、光学分析模型，分 析得出了相机单次成像时间内最极端工况下各反射镜的平移、倾斜及镜间距变化量等结构变形特性， 计算了光学系统 MTF 的变化，并剖析了系统传函的主要影响因素。然后从主承力结构的结构参数 出发进行了优化设计，优化结果表明主承力结构线胀系数在（5?5.5）X10「6时系统热特性最优，系统 传函满足指标要求。

由于临近空间高超声速飞行器具有速度快、高度低、机动能力强的优点,故以陆/海基雷达、高轨红外卫星为主建立的预警探测体系难以对其实施全程有效探测。因此,针对高超声速飞行器的技术特点,对低轨红外卫星的探测能力和全球覆盖性进行了研究。首先,基于类HTV-2升力体的气动外形,模拟了典型工况参数下飞行器的表面温度分布。然后,构建了低轨红外卫星探测模型。结合红外探测器典型性能参数,给出了不同轨道高度下探测器信噪比与观测视角和工作波段的关系,并得到了红外卫星在550 km和1600 km轨道高度下的有效探测半锥角。最后,给出了具有全球探测能力的低轨红外卫星星座的构型及主要参数。

基于低轨预警卫星对中段弹道导弹的探测机理, 综合考虑了复杂探测环境中各辐射源(太阳、地表、大气、云层)对弹道中段目标的辐射作用, 计算了三个波段各辐射源在目标表面产生的辐照度, 在此基础上建立了弹头目标自身辐射及反射辐射模型。基于弹道中段目标红外辐射计算结果, 结合预警卫星成像系统的衍射效应, 推导了成像综合信噪比、探测作用距离修正模型, 从这两个方面分析了深空背景下低轨预警卫星对弹道中段目标的探测能力。结果表明: 复杂探测环境中各辐射源对目标成像综合信噪比的影响不可忽略, 约为目标自身辐射综合信噪比的1.2倍; 低轨卫星光学系统的衍射效应对中段目标探测能力影响严重, 8~9.4、9.4~10、10~14 μm波段下衍射效应修正前后综合信噪比差值占未修正综合信噪比的比率分别为41.9%、36.7%、10.4%; 探测距离随观测角度的变化而变化, 迎头探测时, 探测距离最大。

针对我国难以全球建站实现全球连续监测, 以及当前全球卫星导航系统 (GNSS)精密定位收敛速度慢的难题, 提出一种基于低轨全球通信星座的全球导航增强系统。该系统不需独立建设, 可与低轨通信星座融合发展。低轨卫星既可作为“天基监测站”, 又可作为“导航信息源”。结合正在发展的低轨鸿雁全球通信系统进行仿真分析, 作为“天基监测站”时, 通过配置高精确度GNSS接收机, 采用“地面区域监测网+天基全球监测网”的观测体制, 实现中高轨导航卫星与低轨通信卫星的联合精密定轨与钟差确定; 作为“导航信息源”时, 可降低几何精确度因子 (GDOP)值和缩短精密单点定位首次收敛时间, 相比只利用北斗单系统, 在收敛时间方面具有显著优势, 收敛时间从 30 min缩短到 5 min以内。

针对地基大口径望远镜的机上自适应光学系统构建的低轨空间目标偏振成像系统, 提出一种基于非偏振标准星和机上起偏装置的宽带偏振定标方法。该方法以非偏振标准星作为光源, 并在望远镜系统的一次像面处加入起偏装置对入射光的偏振态进行调制, 再结合基于非线性最小二乘拟合的偏振定标方法分两步对整个偏振成像系统进行宽带偏振定标。为验证该偏振定标方法的效果, 利用Matlab软件基于相干矩阵和偏振追迹构建了相应的模型进行仿真分析, 仿真结果表明该偏振定标方法可以有效减小望远镜系统偏振效应对偏振探测准确性的影响, 并且偏振定标元件的初始角度误差在±5°范围内时对偏振定标准确性的影响极小。

随着对地观测技术的快速发展, 遥感卫星空间分辨力的不断提高, 星地链路传输的信息量越来越大, 码速率越来越高, 数据传输频段已经由传统的X频段扩展到Ka频段, 以满足海量遥感数据传输的需求。但Ka频段低轨遥感卫星波束非常窄, 遥感卫星地面接收系统需要具备良好的跟踪性能, 才能实现系统稳定的捕获跟踪, 保证接收数据的质量。文中通过对跟踪方式和跟踪精确度方面进行分析和论证, 优化捕获跟踪流程, 实现对低轨遥感卫星Ka频段的捕获跟踪。文中提出利用S频段跟踪引导Ka频段跟踪的方式, 高低仰角采用不同的优化流程设计, 结合高分辨力对地观测系统重大专项的先期研究内容和某地面接收站进行了设计验证, 结果表明, 可实现低轨遥感卫星Ka频段的捕获跟踪, 待时机成熟, 可进行工程应用。