空間激光通信技術(shù)與系統(tǒng)

內(nèi)容概要

　　《空間激光通信技術(shù)與系統(tǒng)》簡要闡述了空間激光通信系統(tǒng)內(nèi)涵、特點(diǎn)、研究意義與國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，使讀者對(duì)空間激光通信技術(shù)有一個(gè)宏觀和大致了解；對(duì)影響空間激光通信系統(tǒng)總體方案的多種外界約束條件進(jìn)行分析；重點(diǎn)論述空間激光通信系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)，并分別詳細(xì)論述光學(xué)分系統(tǒng)、通信發(fā)射與接收分系統(tǒng)以及光束捕獲、跟蹤、對(duì)準(zhǔn)分系統(tǒng)設(shè)計(jì)。每個(gè)分系統(tǒng)設(shè)計(jì)都包括基本原理、系統(tǒng)組成、關(guān)鍵技術(shù)、具體實(shí)施方案等，最后簡單介紹國際上幾個(gè)典型的空間激光通信系統(tǒng)。
　　《空間激光通信技術(shù)與系統(tǒng)》是一部空間激光通信領(lǐng)域的基礎(chǔ)性和前沿性相結(jié)合、理論論述與科研成果相結(jié)合的專著，內(nèi)容新穎，物理概念清晰，不僅適用于直接從事空間激光通信領(lǐng)域的科技人員，而且還適合光學(xué)工程、通信工程等學(xué)科的高年級(jí)本科生、研究生和高等學(xué)校教師參考和閱讀。

作者簡介

　　姜會(huì)林，1945年7月10日生，遼寧遼中人，漢族，中共黨員，博士，教授。博士生導(dǎo)師。1970年畢業(yè)于長春光機(jī)學(xué)院留校任教，分別于1981年和1987年研究生畢業(yè)于中科院長春光機(jī)所，獲得碩士和博士學(xué)位。1989年任長春光機(jī)學(xué)院副院長，1996年至2006年任院長（學(xué)院更名為長春理工大學(xué)后任校長）。現(xiàn)任校學(xué)術(shù)委員會(huì)主任。兼任中國兵工學(xué)會(huì)副理事長，中國光學(xué)學(xué)會(huì)常務(wù)理事曾被國家教委和國務(wù)院學(xué)位委員會(huì)授予“做出突出貢獻(xiàn)的中國博士學(xué)位獲得者”，中央組織部授予“中央直接掌握與管理的高級(jí)專家”，教育部授予“全國優(yōu)秀教師”，享受國務(wù)院頒發(fā)的“政府特殊津貼”。被吉林省授予“特等勞動(dòng)模范”、“吉林省高級(jí)專家”、“吉林省優(yōu)秀教育工作者”等。主持完成20余項(xiàng)國家及省部級(jí)科研項(xiàng)目，在光學(xué)工程、通信工程等領(lǐng)域做出重要貢獻(xiàn)。獲國家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)1項(xiàng)，國家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)1項(xiàng)、三等獎(jiǎng)1項(xiàng)，省部級(jí)科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)5項(xiàng)、二等獎(jiǎng)8項(xiàng)。獲國家教學(xué)成果二等獎(jiǎng)1項(xiàng)，省教學(xué)成果一等獎(jiǎng)2項(xiàng)。授權(quán)國家發(fā)明專利11項(xiàng)，發(fā)表論文150余篇，其中被國際四大檢索系統(tǒng)收錄70余篇。主講過5門本科生和研究生課程，培養(yǎng)博士、碩士研究生80余名。

書籍目錄

第1章　緒論
　1.1空間激光通信內(nèi)涵
　1.2空間激光通信特點(diǎn)
　　1.2.1空間激光通信的優(yōu)點(diǎn)
　　1.2.2空間激光通信的缺點(diǎn)
　1.3空間激光通信主要應(yīng)用領(lǐng)域及研究意義
　1.4空間激光通信發(fā)展歷史、現(xiàn)狀與趨勢
　　1.4.1空間激光通信發(fā)展歷史
　　1.4.2空間激光通信國外發(fā)展現(xiàn)狀
　　1.4.3空間激光通信國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀
　　1.4.4空間激光通信發(fā)展趨勢
第2章　空間激光通信系統(tǒng)外界約束條件分析
　2.1空間激光通信系統(tǒng)描述
　2.2搭載平臺(tái)
　　2.2.1地球同步軌道衛(wèi)星
　　2.2.2低地球軌道衛(wèi)星
　　2.2.3臨近空間平臺(tái)
　　2.2.4航空平臺(tái)
　　2.2.5地面／水面平臺(tái)
　2.3平臺(tái)振動(dòng)特性分析
　　2.3.1振動(dòng)對(duì)空間激光通信影響分析
　　2.3.2振動(dòng)源特性描述
　　2.3.3抑制平臺(tái)振動(dòng)的有效方法
　2.4平臺(tái)運(yùn)動(dòng)特性分析
　　2.4.1初始對(duì)準(zhǔn)方式
　　2.4.2工作死區(qū)
　　2.4.3鏈路距離及跟蹤角度范圍
　　2.4.4相對(duì)運(yùn)動(dòng)角速度和角加速度
　　2.4.5提前量范圍
　　2.4.6多普勒頻移
　2.5天空背景光特性分析
　　2.5.1背景光模型
　　2.5.2背景光輻射譜
　　2.5.3主要點(diǎn)輻射源
　　2.5.4主要面背景光
　2.6大氣信道特性分析
　　2.6.1大氣吸收
　　2.6.2大氣散射引起光功率平均衰減
　　2.6.3大氣散射多路徑效應(yīng)
　　2.6.4大氣湍流散斑
　　2.6.5大氣湍流閃爍
　2.7云層特性分析
　2.8空間環(huán)境特性分析
　　2.8.1空間溫度與氣壓分布
　　2.8.2空間輻射
　2.9空間激光通信鏈路特性分析
　　2.9.1星際激光通信
　　2.9.2星地激光通信
　　2.9.3星空激光通信
　　2.9.4空空／空地／地面激光通信
第3章　空間激光通信系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
　3.1空間激光通信光端機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成
　　3.1.1光學(xué)機(jī)械分系統(tǒng)
　　3.1.2通信分系統(tǒng)
　　3.1.3捕獲、跟蹤、對(duì)準(zhǔn)分系統(tǒng)
　　3.1.4總控分系統(tǒng)
　3.2空間激光通信光端機(jī)工作原理
　3.3空間激光通信系統(tǒng)工作流程
　　3.3.1初始指向
　　3.3.2快速捕獲
　　3.3.3粗、精跟蹤
　　3.3.4動(dòng)態(tài)通信
　3.4空間激光通信系統(tǒng)主要任務(wù)指標(biāo)
　　3.4.1通信距離
　　3.4.2通信誤碼率
　　3.4.3通信速率
　3.5空間激光通信系統(tǒng)主要參數(shù)優(yōu)化選取
　　3.5.1波長
　　3.5.2光學(xué)口徑
　　3.5.3通信束散角
　3.6空間激光通信系統(tǒng)鏈路功率分析
　　3.6.1通信鏈路傳輸方程模型
　　3.6.2粗跟蹤／捕獲鏈路功率分析
　　3.6.3精跟蹤鏈路功率分析
第4章　光學(xué)分系統(tǒng)設(shè)計(jì)
　4.1光學(xué)分系統(tǒng)總體分析
　　4.1.1使用要求
　　4.1.2結(jié)構(gòu)形式確定
　　4.1.3口徑計(jì)算
　　4.1.4發(fā)散角和視場角計(jì)算
　4.2光學(xué)分系統(tǒng)光學(xué)設(shè)計(jì)
　　4.2.1材料性能與選擇
　　4.2.2卡式系統(tǒng)設(shè)計(jì)
　　4.2.3中繼光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
　　4.2.4系統(tǒng)消雜光設(shè)計(jì)
　　4.2.5激光束整形與擴(kuò)束
　4.3光學(xué)分系統(tǒng)基臺(tái)設(shè)計(jì)
　　4.3.1主望遠(yuǎn)鏡的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
　　4.3.2分光系統(tǒng)的布局和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
　　4.3.3發(fā)熱組件的散熱結(jié)構(gòu)
　4.4光學(xué)分系統(tǒng)質(zhì)量評(píng)價(jià)
　4.5光學(xué)分系統(tǒng)裝調(diào)與檢測
　　4.5.1卡式系統(tǒng)的裝調(diào)和檢驗(yàn)
　　4.5.2激光發(fā)射、接收子系統(tǒng)調(diào)校
　　4.5.3光軸平行度調(diào)校
　　4.5.4寬距離光束的多軸平行性檢測
第5章　空間激光通信發(fā)射與接收總體技術(shù)
　5.1空間激光通信體制
　　5.1.1直接探測技術(shù)
　　5.1.2相干探測技術(shù)
　5.2編解碼技術(shù)
　　5.2.1信源編碼
　　5.2.2加密編碼
　　5.2.3信道編碼
　5.3調(diào)制解調(diào)技術(shù)
　　5.3.1光調(diào)制技術(shù)分類
　　5.3.2直接探測系統(tǒng)的調(diào)制解調(diào)技術(shù)
　　5.3.3相干探測系統(tǒng)的調(diào)制解調(diào)技術(shù)
　5.4光復(fù)用技術(shù)
　　5.4.1光波分復(fù)用技術(shù)
　　5.4.2光時(shí)分復(fù)用技術(shù)
第6章　空間激光通信發(fā)射與接收分系統(tǒng)
　6.1激光通信發(fā)射與接收分系統(tǒng)方案
　　6.1.1800nm波段的激光收發(fā)系統(tǒng)
　　6.1.21550nm波段的激光收發(fā)系統(tǒng)
　6.2通信發(fā)射單元的激光光源
　　6.2.1空間激光通信對(duì)半導(dǎo)體激光器的要求
　　6.2.2半導(dǎo)體激光器的工作特性
　　6.2.3通信用典型的半導(dǎo)體激光器
　6.3通信發(fā)射單元的調(diào)制器
　　6.3.1直接調(diào)制器
　　6.3.2間接調(diào)制器
　　6.4通信發(fā)射單元的光放大器
　　6.4.1摻鉺光纖放大器
　　6.4.2半導(dǎo)體激光放大器
　6.5通信接收單元的探測器
　　6.5.1空間激光通信對(duì)探測器的要求
　　6.5.2主要的探測器類型
　　6.5.3探測性能分析
　6.6通信接收單元的信號(hào)處理
　　6.6.1前置放大器
　　6.6.2線性放大單元
　　6.6.3時(shí)鐘提取與數(shù)據(jù)判決
　6.7通信系統(tǒng)的性能評(píng)價(jià)
　　6.7.1眼圖
　　6.7.2誤碼率
第7章　空間激光通信apt技術(shù)
　7.1空間激光通信apt分系統(tǒng)概述
　　7.1.1空間激光通信系統(tǒng)apt的基本概念
　　7.1.2空間激光通信系統(tǒng)對(duì)apt分系統(tǒng)的要求
　　7.1.3空間激光通信apr分系統(tǒng)工作原理
　　7.1.4空間激光通信apr分系統(tǒng)組成
　　7.1.5空間激光通信apr分系統(tǒng)類型
　7.2空間激光通信系統(tǒng)快速、高概率捕獲技術(shù)
　　7.2.1空間激光通信系統(tǒng)捕獲機(jī)理
　　7.2.2視軸指向的數(shù)據(jù)導(dǎo)引方式
　　7.2.3開環(huán)捕獲模式
　　7.2.4掃描方式
　　7.2.5捕獲單元性能指標(biāo)分析
　7.3空間激光通信系統(tǒng)高精度、動(dòng)態(tài)跟蹤技術(shù)
　　7.3.1空間激光通信apt分系統(tǒng)性能分析
　　7.3.2空間激光通信apt分系統(tǒng)特點(diǎn)
　　7.3.3復(fù)合軸apr分系統(tǒng)先進(jìn)控制算法
　　7.3.4復(fù)合軸apt系統(tǒng)的性能分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)
第8章　空間激光通信apt分系統(tǒng)
　8.1粗跟蹤伺服單元
　　8.1.1粗跟蹤伺服轉(zhuǎn)臺(tái)
　　8.1.2粗跟蹤探測單元
　　8.1.3粗跟蹤伺服單元控制設(shè)計(jì)
　8.2精跟蹤伺服單元
　　8.2.1精跟蹤光束伺服單元
　　8.2.2精跟蹤探測單元
　　8.2.3光斑高精度檢測技術(shù)
　　8.2.4精跟蹤控制單元設(shè)計(jì)
第9章　空間激光通信典型系統(tǒng)分析
　9.1歐空局silex星際激光通信系統(tǒng)
　　9.1.1silex系統(tǒng)簡介
　　9.1.2silex系統(tǒng)光端機(jī)系統(tǒng)組成與性能描述
　9.2日本e93-vi地激光通信系統(tǒng)
　　9.2.1ets-vi劃簡介
　　9.2.2e93-vi激光通信系統(tǒng)組成與性能描述
　9.3美國stvr-ii激光通信系統(tǒng)
　　9.3.1stvr-ii激光通信系統(tǒng)概述
　　9.3.2stvr-ii激光通信光端機(jī)特性描述
附錄　英文縮寫
參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　地球輻射帶是指在近地空間被地磁場捕獲的高強(qiáng)度帶電粒子區(qū)域，它是地球外層大氣中的放射性粒子受地球重力場和磁場的影響集中起來的輻射能帶，根據(jù)地球輻射帶的結(jié)構(gòu)和空間分布可分為內(nèi)輻射帶與外輻射帶。地球輻射帶是由美國學(xué)者范·艾倫發(fā)現(xiàn)的，也叫范·艾倫輻射帶，通常將對(duì)航天器產(chǎn)生較大影響、離地面2000km-8000km的內(nèi)輻射帶稱為范·艾倫內(nèi)帶；離地面15000kin-20000km的外輻射帶稱為范·艾倫外帶。為盡可能避免范·艾倫內(nèi)帶的影響，延長衛(wèi)星壽命，軌道高度的選擇應(yīng)盡量避開范·艾倫帶的影響。LEO衛(wèi)星一般運(yùn)行在范·艾倫內(nèi)帶以下（為提高LEO衛(wèi)星壽命，通常在400kin以上）；MEO衛(wèi)星在范·艾倫內(nèi)、外帶之間；GEO衛(wèi)星則在范·艾倫外帶以上?？臻g高能帶電粒子對(duì)航天器的影響主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是對(duì)航天器的功能材料、電子元器件、生物及宇航員的總劑量效應(yīng)；二是對(duì)大規(guī)模集成電路等微電子器件的單粒子效應(yīng)?！　?.總劑量效應(yīng)空間帶電粒子對(duì)航天器的總劑量損傷，主要有兩種作用方式：一是電離作用，即入射粒子的能量通過吸收體的原子電離而被吸收，高能電子大都產(chǎn)生這種電離作用；二是位移作用，即入射的高能粒子擊中吸收體的原子，使其原子的位置移動(dòng)而脫離原來所處晶格的位置造成晶格缺陷，高能粒子和重離子既產(chǎn)生電離作用，又產(chǎn)生位移作用。帶電粒子中對(duì)輻射劑量貢獻(xiàn)較大的主要是能量不高、作用時(shí)間較長的粒子成分，大多是內(nèi)輻射帶捕獲的電子和質(zhì)子、外輻射帶的電子、太陽耀斑質(zhì)子等?？倓┝啃?yīng)將導(dǎo)致航天器上的各種電子元器件和功能材料等的功能漂移、功能衰退，嚴(yán)重時(shí)會(huì)完全失效或損壞，如玻璃材料在受到嚴(yán)重輻射后會(huì)變黑，變暗，膠卷變得模糊不清；人體感到不舒服、患病或死亡；太陽電池輸出功率降低?！　　?/pre>








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