星间光通信无信标捕跟瞄技术

国爱燕; 高文军; 周傲松; 程竟爽; 何善宝

doi:10.3788/IRLA201786.1022002

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

星间光通信无信标捕跟瞄技术

国爱燕, 高文军, 周傲松, 程竟爽, 何善宝

文章导航 > 红外与激光工程 > 2017 > 46(10): 1022002-1022002(7)

国爱燕, 高文军, 周傲松, 程竟爽, 何善宝. 星间光通信无信标捕跟瞄技术[J]. 红外与激光工程, 2017, 46(10): 1022002-1022002(7). doi: 10.3788/IRLA201786.1022002

引用本文:

国爱燕, 高文军, 周傲松, 程竟爽, 何善宝. 星间光通信无信标捕跟瞄技术[J]. 红外与激光工程, 2017, 46(10): 1022002-1022002(7). doi: 10.3788/IRLA201786.1022002

Guo Aiyan, Gao Wenjun, Zhou Aosong, Cheng Jingshuang, He Shanbao. Beaconless acquisition tracking and pointing of inter-satellite optical communication[J]. Infrared and Laser Engineering, 2017, 46(10): 1022002-1022002(7). doi: 10.3788/IRLA201786.1022002

Citation:

Guo Aiyan, Gao Wenjun, Zhou Aosong, Cheng Jingshuang, He Shanbao. Beaconless acquisition tracking and pointing of inter-satellite optical communication[J]. Infrared and Laser Engineering, 2017, 46(10): 1022002-1022002(7). doi: 10.3788/IRLA201786.1022002

星间光通信无信标捕跟瞄技术

doi: 10.3788/IRLA201786.1022002

1.
北京空间飞行器总体设计部,北京 100094

基金项目:

国家科技重大专项（GFZX0301010518-01）

详细信息

作者简介:
国爱燕(1984-),女,博士,主要从事卫星光通信方面的研究。Email:guoaiyan@126.com

中图分类号: TN929.1

Beaconless acquisition tracking and pointing of inter-satellite optical communication

1.
Beijing Institute of Spacecraft System Engineering,Beijing 100094,China

摘要: 无信标捕跟瞄技术以通信光为信标光，无需额外的信标光激光器，在重量和功耗受限的卫星光通信应用中更具优势。针对低轨小卫星平台星间光通信，对直接探测方式下的捕跟瞄链路进行功率预算分析，研究光通信终端的无信标捕跟瞄技术，设计捕跟瞄流程，并深入分析视轴抖动对捕获时间和捕获概率的影响，提出剩余不确定区域计算方法。结果表明：所设计的无信标捕跟瞄方法所需最大激光发射功率为0.135 W，捕获时间为30 s，捕获概率为95%，能够满足低轨星间光通信链路要求。
- 星间 /
- 光通信 /
- 捕跟瞄 /
- 无信标 /
- 链路预算
Abstract: As beaconless acquisition tracking and pointing (ATP) uses the same laser beam with communication, and needs no more extra laser equipment, it has advantages in inter-satellite optical communication application which limits weight and power consumption of laser communication terminals. For scenario of low earth orbit inter-satellite optical communication, beaconless ATP of small optical terminals based on intensity modulation and direct detection was studied. The link budget was calculated, and the ATP procedure was designed. The effect of boresight vibration on acquisition time and acquisition probability was analyzed, and the method of residual uncertainty cone calculation was presented. It shows that the maximum laser transmitting power required is 0.135 W, and beaconless acquisition time is 30 s with acquisition probability of 95%, which can meet requirements of low earth orbit inter-satellite optical communication links.
- inter-satellite /
- optical communication /
- ATP /
- beaconless /
- link budget

[1]	Dong Dengfeng, Zhou Weihu, Ji Rongyi, et al. Design of precise tracking system of laser tracker[J]. Optics and Precision Engineering, 2016, 24(2):309-318. (in Chinese)董登峰, 周维虎, 纪荣祎, 等. 激光跟踪仪精密跟踪系统的设计[J]. 光学精密工程, 2016, 24(2):309-318.
[2]	Gu Jian, Ai Yong, Chen Jing, et al. Application of distribution observer for space optical communication PAT system[J]. Infrared and Laser Engineering, 2016, 45(1):0122003. (in Chinese)顾健, 艾勇, 陈晶, 等. 扰动观测器在空间光通信PAT系统中的应用[J]. 红外与激光工程, 2016, 45(1):0122003.
[3]	Uwe Sterr, Mark Gregory, Frank Heine. Beaconless acquisition for ISL and SGL, summary of 3 years operation in space and ground[C]//IEEE International Conference on Space Optical Systems and Applications, 2011:38-43.
[4]	Berry Smutny, Hartmut Kaempfner, Gerd Muehlnikel, et al. 5.6 Gbps optical intersatellite communication link[C]//SPIE, 2009, 7199:719906.
[5]	Renny Field, Carl Lunde, Robert Wong, et al. NFIRE-to-TerraSAR-X laser communication results:satellite pointing, disturbances, and other attributes consistent with successful performance[C]//SPIE, 2009, 7330:73300Q.
[6]	Jiang Huilin, Tong Shoufeng. The Technologies and Systems of Space Laser Communication[M]. Beijing:National Defense Industry Press, 2010:236-237. (in Chinese)姜会林, 佟首峰. 空间激光通信技术与系统[M]. 北京:国防工业出版社, 2010:236-237.
[7]	Tong Shoufeng, Liu Yunqing, Jiang Huilin. Power analysis of APT coarse tracking link of free space laser communication system[J]. Infrared and Laser Engineering, 2006, 35(3):322-326. (in Chinese)佟首峰, 刘云清, 姜会林. 自由空间激光通信系统APT粗跟踪链路功率分析[J]. 红外与激光工程, 2006, 35(3):322-326.
[8]	Palais J C. Fiber Optic Communications[M]. Beijing:Publishing House of Electronics Industry, 2015:171-273.
[9]	Yang Yihe, Yue Min. Infrared Systems[M]. Beijing:National Defense Industry Press, 1989:83-85. (in Chinese)杨宜和, 岳敏. 红外系统[M]. 北京:国防工业出版社,1989:83-85.
[10]	Cao Yang, Ai Yong, Li Ming. Situational experiment of fine tracking for satellite-to-ground optical communication[J]. Semiconductor Optoelectronics, 2008, 29(5):745-748. (in Chinese)曹阳, 艾勇, 黎明. 星地光通信中的精跟踪模拟实验研究[J]. 半导体光电, 2008, 29(5):745-748.
[11]	Wu Feng, Yu Siyuan, Ma Zhongtian, et al. Correction of pointing angle deviation and in-orbit validation in satellite ground laser communication links[J]. Chinese Journal of Lasers, 2014, 41(6):0605008. (in Chinese)武凤, 于思源, 马仲甜, 等. 星地激光通信链路瞄准角度偏差修正及在轨验证[J]. 中国激光, 2014, 41(6):0605008.

[1]	朱福喜, 裴丽, 王建帅, 徐文轩, 郑晶晶, 李晶, 宁提纲. 多芯超模光纤放大器增益均衡设计（内封底文章） . 红外与激光工程, 2024, 53(1): 20230504-1-20230504-9. doi: 10.3788/IRLA20230504
[2]	李锐, 林宝军, 刘迎春, 沈苑, 董明佶, 赵帅, 孔陈杰, 刘恩权, 林夏. 激光星间链路发展综述：现状、趋势、展望 . 红外与激光工程, 2023, 52(3): 20220393-1-20220393-15. doi: 10.3788/IRLA20220393
[3]	梅博, 杨中华, 李梦男. 无信标星间激光通信系统粗精复合扫描方法 . 红外与激光工程, 2022, 51(6): 20210434-1-20210434-10. doi: 10.3788/IRLA20210434
[4]	孙时豪, 蔡鑫伦. 高性能硅和铌酸锂异质集成薄膜电光调制器（特邀） . 红外与激光工程, 2021, 50(7): 20211047-1-20211047-3. doi: 10.3788/IRLA20211047
[5]	王晓艳, 徐高魁. 高隔离度激光通信终端光学系统设计 . 红外与激光工程, 2021, 50(7): 20200521-1-20200521-5. doi: 10.3788/IRLA20200521
[6]	郭树怀, 王天鹤, 冀霞, 党莹, 吕解. 1 Gbps实时传输的自由空间光通信链路损耗 . 红外与激光工程, 2019, 48(6): 622004-0622004(7). doi: 10.3788/IRLA201948.0622004
[7]	王国栋, 赵尚弘, 李轩, 张昆, 林涛. 多种调制格式微波信号的光学产生方案 . 红外与激光工程, 2019, 48(6): 622002-0622002(7). doi: 10.3788/IRLA201948.0622002
[8]	向劲松, 王应, 贾元明, 祁权. 光子探测PPM阵列信号的频偏和相偏预测方法 . 红外与激光工程, 2019, 48(8): 818002-0818002(7). doi: 10.3788/IRLA201948.0818002
[9]	王侯军, 闫连山, 叶佳, 潘炜, 邹喜华, 罗斌, 李沛轩. 全双工光载无线隧道通信系统 . 红外与激光工程, 2018, 47(4): 422001-0422001(5). doi: 10.3788/IRLA201847.0422001
[10]	许云祥, 吴斌, 汪勃. 卫星相干光通信多普勒频移开环估计技术 . 红外与激光工程, 2017, 46(9): 922004-0922004(6). doi: 10.3788/IRLA201746.0922004
[11]	孙艳荣, 柯熙政, 李元虎. 影响逆向调制反射光特性的因素分析 . 红外与激光工程, 2016, 45(1): 122002-0122002(7). doi: 10.3788/IRLA201645.0122002
[12]	李菲, 路后兵. 弱湍流条件下大气光通信的阈值优化方法 . 红外与激光工程, 2016, 45(12): 1211004-1211004(6). doi: 10.3788/IRLA201645.1211004
[13]	顾健, 艾勇, 陈晶, 单欣, 胡国元. 扰动观测器在空间光通信PAT系统中的应用 . 红外与激光工程, 2016, 45(1): 122003-0122003(7). doi: 10.3788/IRLA201645.0122003
[14]	林勇, 徐智勇, 汪井源, 宋超, 王荣, 耿常锁. 雾环境下非视距散射光通信最佳链路分析 . 红外与激光工程, 2015, 44(2): 705-710.
[15]	张珂卫, 汪伟, 赵卫, 谢小平. 基于FFT和多重信号分类算法的高精度相干光相移键控信号频率偏移估计算法研究 . 红外与激光工程, 2015, 44(5): 1593-1597.
[16]	沈红, 范承玉. 信道相关对空间分集接收信号闪烁的影响 . 红外与激光工程, 2015, 44(8): 2523-2527.
[17]	沈振民, 蓝天, 刘国彦, 李湘, 倪国强. 包含非视距链路的室内可见光通信倾角式光学接收端的设计与分析 . 红外与激光工程, 2015, 44(9): 2783-2788.
[18]	龙洁, 李政勇, 叶祝雄, 杨成悟, 李小梦, 刘甲, 吴重庆. 基于偏置马赫-曾德调制器的微波光子信号倍频 . 红外与激光工程, 2014, 43(12): 4078-4081.
[19]	蔡义, 汪红熳, 亓波. 星地激光通信无波前传感器优化算法仿真分析 . 红外与激光工程, 2013, 42(4): 1063-1068.
[20]	刘丹, 刘艳, 刘智, 王璞瑶, 周昕. 基于圆偏振移位键控的大气激光通信性能分析 . 红外与激光工程, 2013, 42(11): 3111-3115.

点击查看大图

计量

文章访问数: 722
HTML全文浏览量: 180
PDF下载量: 127
被引次数: 0

星间光通信无信标捕跟瞄技术

doi: 10.3788/IRLA201786.1022002

1. 北京空间飞行器总体设计部,北京 100094

作者简介:
国爱燕(1984-),女,博士,主要从事卫星光通信方面的研究。Email:guoaiyan@126.com

收稿日期: 2017-02-14
修回日期: 2017-03-21
刊出日期: 2017-10-25

基金项目:

国家科技重大专项（GFZX0301010518-01）

中图分类号: TN929.1

关键词:

摘要: 无信标捕跟瞄技术以通信光为信标光，无需额外的信标光激光器，在重量和功耗受限的卫星光通信应用中更具优势。针对低轨小卫星平台星间光通信，对直接探测方式下的捕跟瞄链路进行功率预算分析，研究光通信终端的无信标捕跟瞄技术，设计捕跟瞄流程，并深入分析视轴抖动对捕获时间和捕获概率的影响，提出剩余不确定区域计算方法。结果表明：所设计的无信标捕跟瞄方法所需最大激光发射功率为0.135 W，捕获时间为30 s，捕获概率为95%，能够满足低轨星间光通信链路要求。