1 中国电子科技集团公司 第三十四研究所, 广西 桂林 541004
2 桂林银行股份有限公司, 广西 桂林 541199
针对传统的滑环存在通信宽带不足、接触磨损寿命低的问题, 设计了一种基于空间激光通信的离轴盘式无线光滑环, 并完成了样机研制。该光滑环采用光学追迹仿真技术, 将4个红外发射器均匀等间距地布置在光滑环的 4 个角, 使接收端旋转时能连续稳定地接收到光功率。光学仿真和性能测试结果表明: 在传输距离为20~200 mm时, 离轴盘式无线光滑环的接收功率为-28.3~-29.2 dBm,满足探测器灵敏度(约-30 dBm)的要求; 在0～500 r/min旋转环境下, 其误码率会随着传输距离的增加而增大, 但整体误码率均小于10-6。
空间激光通信 离轴盘式 无线光滑环 万兆光传输 space laser communication, off-axle disc type, wir
红外与激光工程
2023, 52(3): 20220871
1 中国科学院上海光学精密机械研究所空间激光传输与探测技术重点实验室，上海 201800
2 中国科学院大学，北京 100049
3 中国科学院上海光学精密机械研究所航天激光工程部，上海 201800
针对旋转双棱镜系统指向误差较大、误差源较多等指向精度较差的问题，提出了一种新的旋转双棱镜指向偏差修正方案。采用非近轴光线追迹方法建立旋转双棱镜指向模型和二维转台指向模型，在全视场区域内均匀选取若干点，比较旋转双棱镜理论出射光束与实际出射光束的偏差，通过Levenberg-Marquardt迭代算法对旋转双棱镜前镜和后镜的转角误差、楔角和折射率进行修正。在整个视场区域内修正后，指向最大偏差由8.37 mrad变为3.75 mrad，平均指向偏差由4.00 mrad变为1.38 mrad，并且当俯仰角较小时，修正效果较好；在俯仰角小于15°的视场区域进行单独修正后，最大指向偏差变为1.51 mrad，平均偏差变为0.84 mrad。所提修正方法提高了旋转双棱镜的指向精度，对旋转双棱镜指向偏差的补偿修正具有一定的参考价值。
光通信 自由空间激光通信 旋转双棱镜 Levenberg-Marquardt算法 最小二乘法 误差校正
1 北京遥感设备研究所, 北京 100039
2 哈尔滨工业大学, 哈尔滨 150001
星载空间激光通信终端具备设备体积小、通信速率高和保密性强等优势, 是未来大规模星座组网的首选方案。为进一步提升激光通信终端的通信速率和实用性, 采用非相干激光通信技术、无信标捕获技术、前置光放大与单模光纤耦合技术和3D打印导热一体化技术, 研制了基于摆镜架构的同轨、异轨2种型号激光通信终端, 并完成了动态捕获跟踪、高速通信试验和环境适应性试验。同轨、异轨2种型号产品重量分别为12 kg和14 kg, 在1 mrad不确定区域内平均捕获时间为12.4 s, 通信速率可达10 Gb/s@4000 km, 经过前向纠错编码后误码率小于10-7。
卫星通信 空间激光通信 非相干高速通信 无信标捕获 摆镜式终端 satellite communication, space laser communication
1 长春理工大学光电工程学院，吉林 长春 130012
2 长春理工大学电子信息工程学院，吉林 长春 130012
3 天津大学精密仪器与光电子工程学院，天津 300072
为了顺应自由空间光通信多调制格式兼容的趋势，改善系统灵活性差、成本较高等问题，提出一种基于双IQ调制器的多调制格式兼容的激光通信发射方案。首先，基于Optisystem软件建立系统模型仿真分析，所得眼图和星座图验证了所提方案的正确性；然后，研制了多调制格式兼容发射硬件，并实验研究了调制格式的兼容性、可切换性和通信性能。实验结果表明：所设计硬件兼容发射OOK、BPSK、DPSK、QPSK、PM-DQPSK 5种调制格式；速率分档可调，最高可达40 Gbit/s；当发射端产生40 Gbit/s PM-DQPSK调制格式信号时，在离线接收条件下，误码率为10－7时的灵敏度达到－39.8 dBm。通信调制仿真及实验结果验证了所设计方案的可行性，所得到结果也为空间激光通信系统设计提供了技术参考。
光通信 空间激光通信 多调制格式兼容系统 IQ调制器 灵敏度
1 光纤光缆制备技术国家重点实验室, 武汉 430073
2 华中科技大学 a.光电信息学院
3 华中科技大学 b.电子信息与通信学院, 武汉 430074
针对空间激光通信接收功率低的问题, 文章设计并实现了具有高接收灵敏度的实时化空间激光脉冲位置调制(PPM)通信系统, 该系统的传输速率为800 Mslot/s。实验结果表明, 当使用了掺铒光纤放大器(EDFA)和光学滤波器后, 在接收光功率为-58.3 dBm的情况下, 该系统的纠前误码率(BER)为1.4E-4, 系统具有超高的灵敏度。
脉冲位置调制 高灵敏度 实时 空间激光通信 PPM high sensitivity real-time space laser communication
1 长春理工大学光电工程学院空间光电技术研究所, 吉林 长春 130022
2 长春理工大学空间光电技术国家与地方联合工程中心, 吉林 长春 130022
少模前置光放大加分集接收的模式可有效提高接收灵敏度和大气激光通信抗湍流能力,为此有必要研究空间光到少模光纤耦合特性。首先,基于捕获跟踪对准模型、Von Karman湍流谱模型推导了大气湍流及跟瞄误差条件下空间光到少模光纤的耦合模型。其次,基于推导模型分析得到耦合效率与少模光纤参数、湍流强度、跟瞄误差存在凸曲线关系。受到大气湍流强度(大气折射率常量 为10 -15到10 -14)影响,光纤归一化频率(V值)在5附近可实现最优耦合性能,最优V值随着湍流强度增加而增加。而受到跟瞄误差(0~4 μrad)影响,光纤V值也存在最优值,并随着V值增加其抗跟瞄误差能力也增加。最后,搭建了模拟大气湍流条件下的少模光纤耦合性能实验平台,实验研究了V值分别为3.8、4.6、4.9、5.1的少模光纤在不同模拟湍流强度下的耦合特性,测试结果初步验证了理论研究结果。研究结果为大气激光通信前置放大器设计等研究提供技术参考。
光通信 空间激光通信 耦合效率 光纤耦合 少模光纤 中国激光
2021, 48(23): 2306001
1 长春理工大学空间光电技术国家与地方联合工程研究中心，吉林 长春 130022
2 长春理工大学空地激光通信技术国防重点学科实验室，吉林 长春 130022
3 长春理工大学机电工程学院，吉林 长春 130022
针对空间激光通信组网各网络拓扑节点高度动态、通信链路搭建困难的问题，在现有“一点对多点”组网光学原理基础上，对其反射镜光学天线伺服性能进行研究。通过实验对针对反射镜的基于位置环和基于速度环的两种不同的光闭环控制策略进行对比，结果显示：基于速度环的光闭环策略在跟踪换向时会出现瞬间较大误差抖动，而基于位置环的光闭环策略的跟踪误差在换向时更加平稳，且误差较小。利用Matlab平台进行了基于速度环的光闭环跟踪仿真，仿真得到的跟踪误差与实际跟踪误差基本一致，但并无较大的换向误差。结合低速启动实验，得出结论：该误差来源于速度环较差的低速启动性能，通过增加位置环降低换向跟踪误差的方案适用于轴系谐振频率较高的光机系统。实验还对位置环跟踪下的速度前馈进行了研究，结果表明：前馈增益从0到2递增时，位置跟踪误差先减小后增大，跟踪误差最小值出现在增益值为0.95~1.05附近。
光通信 空间激光通信组网 反射镜 光闭环性能 速度前馈 激光与光电子学进展
2021, 58(9): 0906007
中国空间技术研究院西安分院，西安 陕西 710100
自由空间激光通信技术长期以来都是卫星通信和载荷技术领域的研究热点，具有大带宽、高速率等特点。高轨中继卫星是星间数据传输的骨干节点，随着激光通信技术的成熟，激光通信链路已成为国内外高轨中继卫星数据传输的可靠途径。对国内外高轨卫星激光中继链路的最新发展动态及其未来发展规划进行综述，该综述为我国建设空间激光信息网络提供参考。
光通信 自由空间激光通信 高轨卫星 激光中继链路 激光通信终端 激光与光电子学进展
2021, 58(5): 0500001
