1 中国科学院空间应用工程与技术中心，北京 100094
2 中国科学院大学，北京 100094
激光通信是近年深空探测领域的研究热点之一。深空激光通信采用脉冲位置调制（PPM）提升通信能量效率，并使用单光子探测器以高效地接收信号。其中，超导纳米线单光子探测器（SNSPD）被广泛认可是最优选择之一。本文分析了SNSPD的死时间和抖动特性，以及高速脉冲信号的拖尾现象，对基于PPM-SNSPD调制探测方式的深空激光通信产生的影响，并计算了SNSPD在该体系下的光子计数特性。基于分析，提出一种偏移补偿保护时隙PPM符号同步算法。相较普通的保护时隙同步算法，所提算法能有效减少PPM-SNSPD体系下的同步误差，提升系统误码率。
自由空间光通信 深空激光通信 脉冲位置调制 单光子探测器 激光与光电子学进展
2024, 61(7): 0706012
1 中国电子科技集团公司 第三十四研究所, 广西 桂林 541004
2 桂林银行股份有限公司, 广西 桂林 541199
针对传统的滑环存在通信宽带不足、接触磨损寿命低的问题, 设计了一种基于空间激光通信的离轴盘式无线光滑环, 并完成了样机研制。该光滑环采用光学追迹仿真技术, 将4个红外发射器均匀等间距地布置在光滑环的 4 个角, 使接收端旋转时能连续稳定地接收到光功率。光学仿真和性能测试结果表明: 在传输距离为20~200 mm时, 离轴盘式无线光滑环的接收功率为-28.3~-29.2 dBm,满足探测器灵敏度(约-30 dBm)的要求; 在0～500 r/min旋转环境下, 其误码率会随着传输距离的增加而增大, 但整体误码率均小于10-6。
空间激光通信 离轴盘式 无线光滑环 万兆光传输 space laser communication, off-axle disc type, wir
红外与激光工程
2023, 52(10): 20230004
1 北京遥感设备研究所, 北京 100039
2 哈尔滨工业大学, 哈尔滨 150001
星载空间激光通信终端具备设备体积小、通信速率高和保密性强等优势, 是未来大规模星座组网的首选方案。为进一步提升激光通信终端的通信速率和实用性, 采用非相干激光通信技术、无信标捕获技术、前置光放大与单模光纤耦合技术和3D打印导热一体化技术, 研制了基于摆镜架构的同轨、异轨2种型号激光通信终端, 并完成了动态捕获跟踪、高速通信试验和环境适应性试验。同轨、异轨2种型号产品重量分别为12 kg和14 kg, 在1 mrad不确定区域内平均捕获时间为12.4 s, 通信速率可达10 Gb/s@4000 km, 经过前向纠错编码后误码率小于10-7。
卫星通信 空间激光通信 非相干高速通信 无信标捕获 摆镜式终端 satellite communication, space laser communication
1 长春理工大学光电工程学院，吉林 长春 130012
2 长春理工大学电子信息工程学院，吉林 长春 130012
3 天津大学精密仪器与光电子工程学院，天津 300072
为了顺应自由空间光通信多调制格式兼容的趋势，改善系统灵活性差、成本较高等问题，提出一种基于双IQ调制器的多调制格式兼容的激光通信发射方案。首先，基于Optisystem软件建立系统模型仿真分析，所得眼图和星座图验证了所提方案的正确性；然后，研制了多调制格式兼容发射硬件，并实验研究了调制格式的兼容性、可切换性和通信性能。实验结果表明：所设计硬件兼容发射OOK、BPSK、DPSK、QPSK、PM-DQPSK 5种调制格式；速率分档可调，最高可达40 Gbit/s；当发射端产生40 Gbit/s PM-DQPSK调制格式信号时，在离线接收条件下，误码率为10－7时的灵敏度达到－39.8 dBm。通信调制仿真及实验结果验证了所设计方案的可行性，所得到结果也为空间激光通信系统设计提供了技术参考。
光通信 空间激光通信 多调制格式兼容系统 IQ调制器 灵敏度
1 光纤光缆制备技术国家重点实验室, 武汉 430073
2 华中科技大学 a.光电信息学院
3 华中科技大学 b.电子信息与通信学院, 武汉 430074
针对空间激光通信接收功率低的问题, 文章设计并实现了具有高接收灵敏度的实时化空间激光脉冲位置调制(PPM)通信系统, 该系统的传输速率为800 Mslot/s。实验结果表明, 当使用了掺铒光纤放大器(EDFA)和光学滤波器后, 在接收光功率为-58.3 dBm的情况下, 该系统的纠前误码率(BER)为1.4E-4, 系统具有超高的灵敏度。
脉冲位置调制 高灵敏度 实时 空间激光通信 PPM high sensitivity real-time space laser communication
1 中国电子科技集团公司光电研究院, 天津
2 空军研究院系统工程所, 北京
3 哈尔滨飞行学院, 哈尔滨
自由空间激光通信以其传输速率高、保密性能好、体积质量小等特性, 在无线通信领域具有广泛的应用前景, 特别是卫星领域, 可有效解决微波通信通信速率低、体积大等问题。为实现远距离、高速率的星间激光通信系统, 有必要引入一种数字激光通信接收机, 灵活地抑制干扰和噪声, 提高通信灵敏度。根据数字通信误差概率的原理, 设计了基于现场可编程门阵列(FPGA)的数字接收机。采用有限脉冲响应、动态阈值、基带中值等滤波算法, 优化信噪比, 提高检测灵敏度。同时, 设计了1 550 nm激光通信接收机灵敏度测试实验结构, 并进行了检测灵敏度实验。实验结果表明, 雪崩光电二极管(APD)接收机在Mbps数量级的通信速率下, 实现了接近理论设计值的探测灵敏度-52.57 dBm。通过数字滤波算法信噪比提高了约10 dB, 为卫星激光通信的接收机设计提供了理论指导。
自由空间光通信 雪崩光电二极管探测器 探测灵敏度 有限冲激响应滤波算法 free-space laser communication avalanche photodiode detector detection sensitivity finite impulse response filtering algorithm
1 长春理工大学空间光电技术国家与地方联合工程研究中心，吉林 长春 130022
2 长春理工大学空地激光通信技术国防重点学科实验室，吉林 长春 130022
3 长春理工大学机电工程学院，吉林 长春 130022
针对空间激光通信组网各网络拓扑节点高度动态、通信链路搭建困难的问题，在现有“一点对多点”组网光学原理基础上，对其反射镜光学天线伺服性能进行研究。通过实验对针对反射镜的基于位置环和基于速度环的两种不同的光闭环控制策略进行对比，结果显示：基于速度环的光闭环策略在跟踪换向时会出现瞬间较大误差抖动，而基于位置环的光闭环策略的跟踪误差在换向时更加平稳，且误差较小。利用Matlab平台进行了基于速度环的光闭环跟踪仿真，仿真得到的跟踪误差与实际跟踪误差基本一致，但并无较大的换向误差。结合低速启动实验，得出结论：该误差来源于速度环较差的低速启动性能，通过增加位置环降低换向跟踪误差的方案适用于轴系谐振频率较高的光机系统。实验还对位置环跟踪下的速度前馈进行了研究，结果表明：前馈增益从0到2递增时，位置跟踪误差先减小后增大，跟踪误差最小值出现在增益值为0.95~1.05附近。
光通信 空间激光通信组网 反射镜 光闭环性能 速度前馈 激光与光电子学进展
2021, 58(9): 0906007
中国空间技术研究院西安分院，西安 陕西 710100
自由空间激光通信技术长期以来都是卫星通信和载荷技术领域的研究热点，具有大带宽、高速率等特点。高轨中继卫星是星间数据传输的骨干节点，随着激光通信技术的成熟，激光通信链路已成为国内外高轨中继卫星数据传输的可靠途径。对国内外高轨卫星激光中继链路的最新发展动态及其未来发展规划进行综述，该综述为我国建设空间激光信息网络提供参考。
光通信 自由空间激光通信 高轨卫星 激光中继链路 激光通信终端 激光与光电子学进展
2021, 58(5): 0500001
