平流层激光通信组网技术与应用

本书在对大气的组成和状态以及平流层飞行器的发展现状初步分析的基础上，对以一对多激光通信为基础的平流层激光通信组网技术与应用进行了深入研究与探讨，着重分析了激光通信组网技术的难点并介绍了最近的研究进展，对典型的激光通信组网技术方案进行了对比分析。针对激光通信组网天线系统能量发射效率与接收效率、光学天线的系统误差优化问题，以及一对多激光通信系统方案设计和实验验证过程进行了深入研究和探讨。本书可供从事空间激光通信技术的科技工作者研究参考，也可供光学工程、信息与通信工程领域的技术人员、高等院校师生阅读。

刘智，博士，长春理工大学教授、博士生导师、空间光电技术国家地方联合工程研究中心主任。主要从事复杂信道激光传输优化技术、空间激光通信组网技术和光电动态测试技术等领域的研究工作。承担高层次和省部级课题20余项，发表论文100余篇，授权发明专利20余项，出版专著4部。获军队科学技术进步奖一等奖1项，国防科学技术进步奖二等奖1项，吉林省技术发明奖一等奖1项，吉林省科学技术进步奖二等奖1项。中国电子学会高级会员，中国光学学会会员。首批“国防科技创新团队”成员，“长春市优秀青年大学毕业生”，首批“百名吉林省教育厅新世纪科学技术优秀人才”。

第1章绪论001
1．1空间激光通信概述002
1．2空间激光通信技术发展现状003
1．2．1国外空间激光通信发展现状003
1．2．2国外机载激光通信发展现状005
1．2．3国内激光通信发展现状011
1．3空间激光通信技术发展趋势013
1．3．1高速率014
1．3．2网络化014
1．3．3多功能014
1．3．4一体化015
1．3．5多谱段015
1．4本章小结015
参考文献016
第2章平流层激光通信与组网技术概述017
2．1地球大气的组成和平流层特性018
2．2平流层飞行器概述019
2．3平流层通信系统应用特点020
2．4激光通信组网应用的研究背景及其意义021
2．4．1空间信息网络技术研究背景022
2．4．2激光通信组网技术研究背景022
2．4．3激光通信组网技术研究意义023
2．5激光通信组网技术难点025
2．5．1激光通信组网天线总体方案优化设计025
2．5．2多APT高效率高精度对准与跟踪025
2．5．3大视场共用光学天线设计与装调025
2．5．4多收多发激光通信系统高效分光026
2．6激光通信组网技术研究进展026
2．6．1国外空间激光通信组网技术研究进展026
2．6．2国外机载平台激光通信组网技术研究进展028
2．6．3国内空间激光通信组网技术研究进展032
2．7本章小结034
参考文献034
第3章空间激光通信系统与组网应用方案分析037
3．1空间激光通信系统组成及工作原理介绍038
3．1．1空间激光通信系统组成038
3．1．2空间激光通信系统的工作原理040
3．2激光通信光学系统方案044
3．2．1激光通信光学系统组成044
3．2．2激光通信光学系统设计思路049
3．3激光通信组网技术方案对比分析050
3．3．1原理简捷型组网结构方案051
3．3．2交换分发型组网结构方案052
3．3．3射频激光结合型组网结构方案054
3．3．4视场扩大型组网结构方案054
3．3．5大视场通信型组网结构方案058
3．4一对多激光通信系统总体方案059
3．5一对多激光通信关键技术分析065
3．5．1随机运动特性平台高精度指向和快速捕获技术065
3．5．2大幅度低频扰动特性下的高精度稳定技术065
3．5．3大容量微波高速自适应均衡技术065
3．6本章小结066
参考文献066
第4章一对多激光通信系统天线研究067
4．1一对多激光通信光学天线设计068
4．1．1一对多激光通信光学天线的设计原理068
4．1．2一对多激光通信组网天线的参数计算071
4．1．3一对多光学天线性能的仿真分析075
4．2激光通信组网天线性能研究076
4．2．1自由空间激光通信组网天线的能量发射效率077
4．2．2自由空间激光通信组网天线的能量接收效率081
4．3激光通信组网天线参数对能量利用率影响的研究083
4．4一对多激光通信光学天线误差分析086
4．4．1一对多激光通信光学天线误差模型研究086
4．4．2仿真验证模型的建立和分析088
4．5组网天线系统通信能量参数分析101
4．5．1平流层飞艇平台组网通信条件的设计101
4．5．2平流层飞艇平台间组网激光通信链路能量分析102
4．5．3组网天线系统的关键参数设计104
4．6本章小结106
参考文献106
第5章一对多激光通信系统设计与性能实验验证107
5．1大视场多目标共用光学天线设计与装调108
5．1．1组网光学系统总体设计108
5．1．2中继光学系统设计109
5．1．3分光子光路设计111
5．1．4分光片及滤光片设计113
5．1．5光学系统装调115
5．2反射镜拼接APT多执行器阵列控制技术116
5．2．1实现策略设计116
5．2．2软件跟踪算法116
5．2．3伺服硬件设计119
5．2．4伺服系统建模分析123
5．2．5双镜交接低误码控制技术126
5．2．6强背景光下微弱目标高精度识别跟踪实现129
5．3光学天线机械结构的轻小型化技术139
5．3．1总体结构设计与优化140
5．3．2反射驱动机构设计与优化147
5．3．3结构轻量化设计与优化153
5．3．4反射镜驱动结构轻量化设计与优化154
5．4室内验证测试系统162
5．5本章小结164
参考文献164
名词索引165