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 中国科学技术大学光学与光学工程系，安徽 合肥 230026
2 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
3 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
4 上海卫星互联网研究院有限公司，上海 200120
5 上海市卫星互联网重点实验室，上海 200120
在深空探测中，以微波为载体的通信、测距载荷面临链路损耗大、频谱资源紧张等问题。相比微波，激光光束发散角小，能量更为集中，可达更远的传输距离，以激光为载体的通信、测距载荷具有体积小、质量轻等优势。搭建了一套激光相干外差扩频通信测距一体化深空探测系统，提出了一种基于曲线模型的插值重采样方法，并对该曲线模型进行了理论仿真和实验验证。该模型由系统先验信息构建，是伪随机码相位差的线性函数。实验结果表明，对于静态目标，测距偏差不超过0.55 mm，测距精度不超过0.42 mm。对于动态目标，测距偏差不超过0.59 mm。静态和动态目标测距中实现了零误码通信。此外，扩频通信测距一体化设计应用于深空导航和深空时频同步，可以提高实时性。
扩频通信 插值重采样 通信测距一体化 深空探测 激光与光电子学进展
2024, 61(7): 0706010
1 北京信息科技大学 仪器科学与光电工程学院, 北京 100192
2 西安应用光学研究所, 西安 710065
为了实现深空探测系统对成像光束的高速和高精度控制, 以50 mm×4 mm的单晶硅反射镜作为负载, 采用理论和仿真分析相结合的方法, 对音圈电机驱动的快速反射镜进行了理论分析和实验验证。给出了该快速反射镜的一般构成、工作原理及数学模型, 采用有限元法分析计算了音圈电机线圈、永磁体和气隙尺寸对驱动力矩的影响, 最后设计、制作了快速反射镜样机, 并进行了测试。结果表明, 快速反射镜的转角范围大于±1°, 带宽（3 dB）大于500 Hz。该研究结果有助于推广光学快速反射镜在深空探测、激光通信、光电对抗等领域的应用。
光学设计 信息光学 深空探测 有限元方法 快速反射镜 音圈电机 optics design information optics deep space detection finite element method fast steering mirror voice coil actuators
1 中国科学院西安光学精密机械研究所，陕西 西安 710119
2 中国科学院大学，北京 100049
拉曼光谱是一种新型且强大的月球与深空探测工具。介绍了深空拉曼光谱技术的原理及技术特点，梳理了国际上深空拉曼光谱技术的发展现状，介绍了目前国际上在研/在轨的5台拉曼光谱载荷的设计情况。在此基础上，对深空探测拉曼光谱技术的关键问题进行了分析总结，对该技术的下一步发展进行了展望。
光学设计 光谱测量 拉曼光谱 月球与深空探测 激光光谱 光栅光谱仪
北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院，北京 100191
轻量型感知激光雷达(LiDAR)是一种具有环境目标感知能力的主动式三维光学成像技术，在深空探测与无人驾驶领域被广泛应用。回顾了轻量型感知激光雷达关键技术的重要进展，总结了以收发系统和扫描机构为核心的轻量型系统设计，梳理了高精度测距技术和指向误差校正技术的标志性成果，展示了感知激光雷达不同领域的应用，展望了感知激光雷达芯片化、智能化、高性能化的发展趋势。
成像系统 轻量型感知激光雷达 系统设计 测距精度 指向精度 无人驾驶 深空探测 中国激光
2022, 49(19): 1910002
1 中国科学院 声学研究所,北京 100190
2 中国科学院大学,北京 100049
利用声表面波(SAW)技术设计的Chirp变换频谱仪(CTS)具有低功耗、高稳定性等优势，特别适用于深空探测领域。该文提出了一种大带宽的CTS系统。由数模转换器(DAC)和四倍频器产生2 GHz带宽的展宽线Chirp信号，其色散特性与1 GHz带宽的声表面波色散延迟线特性匹配。搭建了实时处理带宽为1 GHz、频率分辨率为100 kHz的频谱分析仪，并对在大带宽下CTS出现的响应不均衡展开探讨。分析了系统各部分对CTS的影响，通过实验验证了响应不均衡出现的原因。测试结果表明，该文设计搭建的1 GHz带宽CTS系统的频率分辨率可达115, 512 kHz。
声表面波(SAW) 色散延迟线 超大带宽 Chirp变换 深空探测 频谱仪 surface acoustic wave(SAW) dispersive delay line wide bandwidth Chirp transform deep space exploration spectrum analyzer
1 北京工业大学材料与制造学部，北京 100124
2 北京卫星制造厂有限公司，北京 100190
深空探测是21世纪人类进行空间技术创新、太空资源探索与利用的重要途径，准直器是深空探测器的关键部件。大深度、高空间分辨率栅格准直器的制造在国际上一直是个难题。本文以我国自主研制的硬X射线调制望远镜卫星(HXMT)中能望远镜高精度准直器为例，介绍了自主研发的大深度、高空间分辨率准直器跨尺度栅格结构的激光精密微焊接制造方法、关键工艺技术及成套装备。对于壁厚为70 μm、准直孔尺寸为1.17 mm×4.68 mm、深度为67 mm的钽片跨尺度栅格结构，准直孔尺寸精度控制在±20 μm之内。
中国激光
2022, 49(10): 1002402
1 中国科学院上海技术物理研究所 空间主动光电技术重点实验室，上海 200083
2 中国科学院大学，北京 100049
光谱仪器获取目标光谱信息或光谱图像，具备物质成分无损识别和定量反演能力，已成为国内外月球和火星探测任务重点配置的科学载荷，为表面物质成分及矿产资源、形成与演化历史及资源利用等研究提供重要依据。本文简要介绍了近年来国内外月球及火星探测任务中光谱技术的研究进展与应用现状，概述了中国探月工程及天问一号探测任务中七台光谱仪器及其应用状况，进一步介绍了月球及火星光谱探测的典型应用成果。最后，对光谱技术在月球及深空探测领域的应用前景和发展趋势进行了展望和探讨。
光谱技术 月球探测 火星探测 深空探测 spectroscopic technology Lunar exploration Mars exploration deep space exploration
1 中国民用航空飞行学院 民航安全工程学院，四川 广汉 618307
2 南京理工大学 电子工程与光电技术学院，江苏 南京 210094
在深空探测中探测信号经过对流层延迟后在接收机端信号将出现一定程度的时延，影响探测精度。现有方法主要通过网格模型、空间模型实现时延预测，但由于区域差异导致模型准确度受限，预测精度仍有改进空间。提出了一种基于自适应多输入多输出（MIMO）信号的深空探测对流层延迟预测模型。基于单一收发天线模拟卫星信号MIMO传输方式，然后构建自适应卡尔曼滤波器，通过自适应调整MIMO信号分量权重系数的方法选取最优传输路径以实现对流层延迟量的预测。参与测量的卫星数目为4颗，在不同信噪比以及改变MIMO通道数目情况下开展实验，研究自适应MIMO模型的准确度和实际测量误差。实验结果表明，新方法相对于GPT2模型、GPT2w模型以及实时导航定位中常用的UNB3模型、EGNOS模型的预测精度有较大提高。
深空探测 对流层延迟 自适应卡尔曼滤波 deep space exploration tropospheric delay MIMO MIMO adaptive Kalman filter 红外与激光工程
2020, 49(5): 20190471
