星地激光通信技术能打破传统微波通信的频谱限制，应对星地链路越来越高的通信需求。而自适应光学系统能有效地抑制大气信道中湍流的影响，提高星地激光通信链路的稳定性和可靠性，已经成为国内外星地激光通信系统中重要的组成部分。本文详细介绍了国内外典型星地激光通信地面站的自适应光学系统以及其主要参数指标。并结合目前光通信自适应光学技术的研究成果，总结出自适应光学系统更强的波前探测能力、更高的校正能力、更稳定可靠的工作性能以及更加自动化的发展趋势。为星地激光通信中自适应光学系统的研制提供参考，以保障星地激光通信链路的高可用度。

随着低轨 (LEO)通信卫星业务需求的增加, 低轨卫星需要使用 Ka频段进行通信。本文针对低轨卫星采用 Ka频段可能与在轨的高轨卫星发生同频干扰问题, 采用基于链路分离角的空域分隔方法进行干扰规避的角度间隔分析。分别从不同干扰场景、地面站分布情况来分析对干扰角度间隔的影响, 并在此基础上提出该角度间隔范围内, 低轨卫星需采取的干扰规避措施。

针对基于无人机进行空中无线电监测时, 无人机操作与无线电监测任务需要不同人员完成的问题, 通过对Mission-Planner开源地面站进行二次开发, 将无线电信号测向定位功能融入传统地面站, 实现了一个人对无人机的控制和无线电监测; 最后进行了空中无线电监测及交叉定位测试, 测试结果验证了空中无线电监测的优越性及开发地面站系统的可行性; 该系统对提高民航无线电的监测效率, 具有一定的实际指导意义。

针对卫星地面站接收系统中基于案例推理 (CBR)中案例库不完整和基于故障树分析 (FTA)中计算量复杂等问题, 提出一种基于 CBR和 FTA联合故障诊断法。基于二次检索策略进行改进, 解决案例推理检索效率慢的问题; 对于案例库中检索不到的故障, 再利用故障树诊断, 并将故障树分析处理的成功案例添加到案例库中, 不断完善案例库。最后, 结合卫星地面站本振设备故障诊断的实例应用, 正确诊断出案例库中之前不存在的故障, 并且增加案例库中案例数目, 提升之后检索的效率。

为了保证移动地面站光电跟瞄系统在野外复杂环境下具有稳定的跟踪精度, 针对-20~40 ℃宽工作温度范围下信标接收镜头成像光斑弥散的问题, 进行了光学系统与光机结构的设计, 提出了一种以步进电机驱动补偿镜组的温度补偿方案。分析了极限温度条件下光学系统性能的改变以及不同温度补偿方案的效果, 针对光电跟瞄系统的指标要求, 设计了光机结构并进行了力学、光学性能的分析。分析结果表明, 系统一阶模态为370 Hz; 补偿镜组向前移动0695 mm能够补偿-20 ℃时光学系统成像光斑的弥散, 令中心视场光斑尺寸由73 μm降为32 μm, 边缘视场光斑尺寸由77 μm降为157 μm; 向后移动0885 6 mm能够补偿40 ℃时成像光斑的弥散, 令中心视场光斑尺寸由94 μm降为39 μm, 边缘视场光斑尺寸由96 μm降为218 μm; 使用ZYGO干涉仪对光学系统的像质进行检测, 波像差RMS值(均方根值)为0061λ(λ=6328 nm), PV值(峰谷值)为0466λ, 能够满足跟瞄系统指标要求。

综述了自适应光学技术在星地激光通信地面站上应用的最新进展。针对星地链路中湍流效应导致的相干度退化和可用度降低的问题，自适应光学技术成为美国和欧洲等国正在研制的中继卫星至地光通信系统解决上述问题的主导手段。这些项目计划开展的自适应光学技术、白天和夜晚多地面站接收技术和相干通信技术等关键技术验证表明，星地激光通信正向高速相干和全天时高可用度的工程化推进。国内成功进行了多次星地光通信试验，高可用度的相干激光通信技术的验证正在积极开展，自适应光学技术已应用到多个地面站并取得了较好的初步试验效果，相关技术进展与国外水平保持一致。

大气信道对星地光学链路影响较大,通常云层导致的衰减可能会高达几十分贝,光学链路必须在视线内 无云情况下工作。因此在设计激光通信系统并进行地面站选址时,必须要考虑链路可用度问 题。结合云层数据提出一种可用度计算简单模型,对我国不同城市气象站数据进行统计分析,得出 不同城市十年间可用度数据,为我国星地光通信地面站选址提供一定依据。

利用经验公式计算了星地光链路在雾、雨、雪、云天气中的衰减，仿真结果表明：波长越长，雾对激光的衰减越小；雪对激光的衰减量高于雨对激光衰减量1～2个数量级；当光学厚度达到4.7时，云层对激光的衰减已达到20 dB以上。综合考虑我国的地理分布和气候特点以及云层覆盖情况，建议我国星地光通信地面站选址可以考虑西北地区的塔里木盆地-内蒙古西部戈壁沙漠-黄土高原西北部一带。

通过建立星地光链路模型对地面站空间分集技术中站址的选择、站址间距离以及地面站数量进行研究，结果表明：站址的合理选择可以提高星地链路的可用性；站址间的距离在保证各站天气不相关的同时不能过大，当站址间距离与卫星高度的比值达到1时，由链路天顶角增大带来的衰减高达10 dB以上；单地面站的可用性越高，所需的地面站数也越少，当单站的可用性达到0.6时，只需3个地面站即可达到与射频链路相当的高可用性。