刘超 1,2,3,4,*李学莹 1,2,3张开河 1,2,3兰斌 1,2,3[ ... ]鲜浩 1,2,3,4
1 自适应光学全国重点实验室，四川 成都 610209
2 中国科学院自适应光学重点实验室，四川 成都 610209
3 中国科学院光电技术研究所，四川 成都 610209
4 中国科学院大学，北京 100049
随着人类对太空的探索日益加深，传统射频通信愈发不能满足高速深空通信的需求，各航天国家先后对深空激光通信技术开展研究。激光通信是实现空间通信的一种重要手段，相比于传统射频通信，激光通信具有通信速率高、终端载荷小、抗干扰能力强等优点，更适用于超远距离的深空通信。目前，美国进行的研究最多，且已成功实施了两次深空激光通信演示验证。本文针对已有的深空激光通信研究与演示结果进行综述，分析了实现深空激光通信的关键技术，对深空激光通信的发展历程与未来发展进行了探讨。
深空激光通信 激光通信 深空探测 星际激光通信 激光与光电子学进展
2024, 61(7): 0706015
1 中国科学院空间应用工程与技术中心，北京 100094
2 中国科学院大学，北京 100094
激光通信是近年深空探测领域的研究热点之一。深空激光通信采用脉冲位置调制（PPM）提升通信能量效率，并使用单光子探测器以高效地接收信号。其中，超导纳米线单光子探测器（SNSPD）被广泛认可是最优选择之一。本文分析了SNSPD的死时间和抖动特性，以及高速脉冲信号的拖尾现象，对基于PPM-SNSPD调制探测方式的深空激光通信产生的影响，并计算了SNSPD在该体系下的光子计数特性。基于分析，提出一种偏移补偿保护时隙PPM符号同步算法。相较普通的保护时隙同步算法，所提算法能有效减少PPM-SNSPD体系下的同步误差，提升系统误码率。
自由空间光通信 深空激光通信 脉冲位置调制 单光子探测器 激光与光电子学进展
2024, 61(7): 0706012
1 长春理工大学光电工程学院, 吉林 长春 130022
2 长春理工大学空地激光通信国防重点学科实验室, 吉林 长春 130022
3 长春理工大学光电信息学院, 吉林 长春 130022
为了能够通过水平大气能见度判断可实现的最大通信速率,基于Mie散射理论和脉冲多路径效应,建立了通信速率与水平大气能见度的数学模型;通过蒙特卡罗仿真,得到了800 nm和1550 nm波段的气溶胶散射粒子的散射参数,给出了2~25 km水平大气能见度下两个波段产生的脉冲展宽曲线,分析了初始脉宽、脉冲位置调制元数、水平大气能见度对最大通信速率的影响。结果表明,1550 nm波段具有更好的通信效果;随着水平能见度的提高,可实现的最大通信速率也在提高,且在良好的水平能见度下选择小的初始脉宽和较低元的脉冲位置调制,能最大程度地提高深空激光通信速率。
光通信 深空激光 水平大气能见度 Mie散射 脉冲多路径效应 脉冲位置调制 蒙特卡罗 光学学报
2017, 37(10): 1006003
使用Monte-Carlo仿真方法, 基于光强闪烁和光束漂移的联合模型, 对使用脉冲编码调制方式(PPM)和雪崩光电二极管(APD)探测器直接探测接收的深空上行激光通信链路的信道容量进行了分析。仿真结果表明, 与下行链路中信道容量随着束散角的增加而单调下降的现象不同, 对于存在光束漂移作用的上行星地激光链路, 存在一个最优发射束散角使得星地激光系统的信道容量最大。在此基础上, 对最优束散角与发射光束数目、方位角、热噪声和发射端的光束半径之间的关系进行了分析。所得的结果可以帮助实现星地激光通信系统上行链路的优化设计。
大气湍流 光束漂移 深空激光通信系统 信道容量 atmospheric turbulence beam wander deep-space laser communication system achievable information rate 红外与激光工程
2017, 46(10): 1022001
