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第1章 卫星光通信技术简介1

1.1 引言1

1.2 卫星光通信系统原理及组成2

1.2.1 光发射端机3

1.2.2 光接收端机4

1.2.3 光学天线5

1.2.4 光学系统6

1.2.5 ATP子系统7

1.2.6 其他参数9

1.2.7 卫星光通信的关键技术10

1.3 激光链路优势11

1.4 国内外研究现状和发展趋势13

1.4.1 国外研究现状13

1.4.2 国内研究现状25

1.4.3 卫星光通信发展趋势26

参考文献27

第2章 空间ATP技术30

2.1 ATP系统的组成及工作原理30

2.1.1 粗瞄准机构30

2.1.2 精瞄准机构31

2.1.3 预瞄准机构31

2.1.4 传感器31

2.1.5 ATP系统的原理31

2.2 ATP系统关键技术及其参数设置32

2.2.1 ATP的关键技术32

2.2.2 信标光链路分析32

2.2.3 跟踪灵敏度33

2.2.4 捕获灵敏度33

2.2.5 瞄准性能34

2.3 光束捕获技术36

2.3.1 捕获基本原理36

2.3.2 捕获方法38

2.3.3 天线扫描39

2.3.4 焦平面扫描41

2.3.5 焦平面阵列43

2.3.6 阵列顺序搜索44

2.3.7 固定阵列顺序搜索46

2.4 捕获时间优化48

2.4.1 系统配置和捕获协议48

2.4.2 捕获时间最小化51

2.5 光束跟踪技术59

2.5.1 空间光束跟踪原理59

2.5.2 空间双向光束跟踪65

2.5.3 光束跟踪对数据传输的影响69

2.6 光束瞄准技术71

2.6.1 瞄准光束特性71

2.6.2 瞄准误差71

参考文献73

第3章 卫星振动对ATP系统的影响及抑制75

3.1 概述75

3.2 自适应带宽75

3.3 改变光束宽度78

3.4 功率控制79

3.5 编码技术80

3.6 通道分集81

3.7 振动隔离81

3.8 自我调节前反馈82

参考文献82

第4章 光信号的产生、发送与传输84

4.1 光源84

4.1.1 卫星光通信对光源要求84

4.1.2 半导体激光器光源84

4.1.3 光纤激光器光源86

4.1.4 其他激光器光源87

4.2 高斯光束的特性87

4.3 高斯光束的发送92

4.4 高斯光束的空间传播95

4.5 高斯光束的聚焦与准直96

4.5.1 高斯光束经透镜后参数的变化96

4.5.2 高斯光束的准直98

4.6 高斯光束的接收100

4.7 背景干扰及滤波100

4.7.1 背景干扰101

4.7.2 滤波103

4.8 空间环境对卫星光通信系统影响103

4.8.1 高能带电粒子对卫星光通信的影响104

4.8.2 背景光辐照对卫星光通信的影响108

4.8.3 等离子体对卫星光通信的影响110

4.8.4 其他环境对卫星光通信的影响112

参考文献113

第5章 空间光信号调制原理与技术115

5.1 光信号调制基本参量115

5.1.1 振幅调制116

5.1.2 频率调制和相位调制116

5.1.3 强度调制117

5.1.4 脉冲位置调制117

5.1.5 DPPM调制119

5.1.6 DH-PIM调制120

5.1.7 几种PPM调制性能比较120

5.2 光信号体调制器121

5.2.1 电光强度调制121

5.2.2 电光相位调制124

5.3 波导调制器125

5.3.1 波导调制原理125

5.3.2 波导相位调制126

5.3.3 波导强度调制127

参考文献128

第6章 空间光信号接收129

6.1 接收检测原理129

6.2 相干PSK零差接收机130

6.3 相干FSK外差接收机132

6.4 直接检测OOK系统APD接收机134

6.5 直接检测OOK系统PMT接收机135

6.6 直接检测m-PPM系统APD接收机135

6.7 直接检测m-PPM系统PMT接收机137

参考文献138

第7章 卫星光网络系统设计139

7.1 卫星光网络概述139

7.2 空间网络协议体系141

7.3 分级卫星光网络设计142

7.3.1 空间光频率与调制142

7.3.2 空间网络拓扑模型144

7.3.3 空间数据链路模式144

7.3.4 空间信道编码145

7.3.5 空间路由协议146

7.3.6 空间网络故障恢复146

7.4 卫星网络业务要求147

7.4.1 电信业务估算147

7.4.2 点到点连接带宽148

7.4.3 星上处理载荷149

7.5 卫星光网络管理150

7.5.1 一般网络管理150

7.5.2 卫星光网络管理151

7.6 空间卫星光网络构建方法152

参考文献156

第8章 卫星光网络链路特性及拓扑结构158

8.1 卫星节点特性158

8.1.1 卫星轨道参数158

8.1.2 卫星轨道方程159

8.1.3 卫星轨道分类162

8.1.4 星下点轨迹165

8.2 通信卫星覆盖166

8.3 星间激光链路169

8.3.1 星间激光链路分类169

8.3.2 星间激光链路坐标转换171

8.3.3 星间激光链路空间位置172

8.3.4 星际激光链路空间位置173

8.4 卫星光网络动态拓扑175

8.4.1 单层卫星光网络拓扑177

8.4.2 极轨道卫星星座178

8.4.3 倾斜轨道卫星星座180

8.4.4 编队卫星182

8.4.5 多层卫星光网络拓扑183

8.5 几种典型的卫星网络系统184

参考文献191

第9章 WDM卫星光网络技术192

9.1 光传输网结构192

9.1.1 传送网的分层和分割192

9.1.2 光传送网的功能和结构193

9.2 WDM卫星光通信组网方案193

9.2.1 波长路由卫星激光链路组网193

9.2.2 波长通道网络与虚波长通道网络195

9.2.3 卫星光网络光传输网设计196

9.2.4 波长通道模型197

9.3 光学／RF混合节点模型201

9.4 光分叉复用器OADM203

9.5 光交叉连接器OXC206

9.6 波长分配算法208

9.7 通信量路由选择和OTN的ISL尺寸209

9.7.1 基于WDM的通信量路由选择209

9.7.2 卫星光网络的光路容量的设计210

9.7.3 卫星光网络的故障恢复211

9.8 时延问题211

9.9 小结212

参考文献213

第10章 卫星光网络路由算法214

10.1 卫星网络路由算法概述214

10.2 卫星网络路由算法研究现状215

10.3 卫星光网络路由算法的分类217

10.3.1 面向连接的卫星网络路由算法217

10.3.2 面向无连接的卫星网络路由算法220

10.4 卫星IP业务229

10.4.1 卫星通信在Internet中的应用230

10.4.2 多址接入控制232

10.4.3 卫星TCP/IP协议233

10.4.4 卫星Internet架构241

10.5 卫星网络业务241

10.5.1 通信业务理论241

10.5.2 M/M/n排队模型242

10.5.3 M/M/n/N排队模型243

10.5.4 链路容量设计245

10.6 卫星网络的仿真工具250

10.6.1 卫星网络协议仿真系统250

10.6.2 卫星网络星座仿真系统252

参考文献253

第11章 编队卫星光通信256

11.1 编队卫星群简介256

11.1.1 编队卫星群的概念256

11.1.2 编队卫星的优点256

11.2 编队卫星群间的光通信257

11.2.1 星间通信概念257

11.2.2 编队卫星间通信系统组成257

11.2.3 编队卫星间激光通信链路的特点257

11.2.4 编队卫星激光链路的网络拓扑结构258

11.2.5 编队卫星间通信的主要关键技术259

11.2.6 国内外编队卫星间通信技术现状260

11.3 编队卫星光通信的多信号捕获方案261

11.3.1 多信号捕获方案261

11.3.2 数学分析262

11.4 卫星激光通信中的多址连接265

11.4.1 多址连接含义265

11.4.2 几种常用的多址连接方式266

参考文献267