随着低轨卫星互联网的迅猛发展，星间激光通信链路成为低轨大型星座互联互通的关键，也是用户接入卫星互联网实现全球范围内端到端交互的基础。与地球同步轨道的星间环网不同，由于低轨卫星的高动态性，造成星间链路需要不断动态重构，由此带来空间节点的编址方式、交换路由方法等诸多技术难题，是目前该领域关注的热点。此外，用户终端通过微波链路接入卫星互联网，需要微波链路与激光链路之间的汇集和分发，也是迫切需要研究解决的重点难点问题。
卫星互联网 低轨星座 星间激光通信链路 传输 交换 激光与光电子学进展
2024, 61(7): 0706005
红外与激光工程
2022, 51(6): 20210434
中国电子科技集团公司光电研究院, 天津 300308
针对当前微小卫星组网场景下的星间链路需求, 提出了一种以小型化、低功耗为特色的低速率星间激光通信系统设计方案, 介绍了空间激光通信领域的国内外发展现状, 重点介绍了系统的设计思想, 系统组成及各部分的核心设计要点及关键元件的选型, 并对链路可行性进行了分析。
星间激光通信 小型化 低功耗 inter-satellite laser communication compact low power
1 空军工程大学 信息与导航学院，陕西 西安 710077
2 中国电子设备系统工程公司，北京 1000141
针对遗传算法容易陷入局部最优和蚁群算法初始信息素匮乏的缺点，提出将遗传和蚁群融合算法应用于中继卫星系统的资源调度问题。通过改进蚁群算法信息素的定义，利用基于时间窗口序号编码思想，给出中继卫星资源调度约束条件与目标函数并建立数学模型。仿真分析了融合算法、标准遗传算法和改进蚁群算法的优化特性，结果表明融合算法是解决中继卫星调度问题的有效方法。
星间激光通信 微波与激光混合链路 中继卫星系统 蚁群遗传融合算法 资源调度 inter-satellite laser communication microwave and optical hybrid links relay satellite system fusion algorithm of genetic and ant colony resources scheduling
1 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
2 吉林大学 机械工程学院，吉林 长春 130021
针对卫星激光通信过程中初始捕获产生的相对运动偏移误差，建立了星间激光通信的相对运动补偿模型。该模型只需提供较少的星历表查询，就能得到高精度补偿数据。仿真实验结果表明，该模型可以减小不确定区域扫描过程中产生的偏移误差，在星间激光通信过程中实现了高概率、快速建立激光通信链路。
星间激光通信 初始捕获 偏移误差 扫描补偿 intersatellite laser communication initial acquisition deviation scanning compensation
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，长春 130033
卫星平台随机振动对星间激光链路通信质量产生增大误码率等不良影响。为了有效地补偿随机振动，提高通信质量，本文设计并搭建了一套用于模拟卫星平台振动与补偿的实验系统。该系统通过面阵CCD 探测光束偏转角度，采用压电陶瓷致动的快速偏转镜模拟、补偿卫星平台的随机振动。针对随机振动补偿实验的特殊性，文中定义了补偿效率因子ηR 以描述补偿效果。实验结果表明，该系统对卫星平台振动中的低频分量具有一定的补偿能力，当CCD 采样频率高于振动频率三倍以上时，该系统对低频随机振动的补偿效果显著。
光通信 随机振动 卫星平台 星间激光通信 optical communication random vibration satellite intersatellite laser communication
中国科学院上海光学精密机械研究所, 上海 201800
卫星激光通信具有巨大的潜在应用价值, 国际上已实现高码率、小型化、轻量化和低功耗激光通信终端, 全文的第一部分即“链路和终端技术”综述了卫星激光通信的国外进展, 介绍了终端的关键技术, 讨论了终端设计思想。第二部分(另文)将讨论和介绍卫星激光通信终端地面检测和验证技术。
星间激光通信 星地激光通信 光学瞄准捕获跟踪 非相干光通信 零差相干光通信
1 中国科学院上海光学精密机械研究所，上海 201800
2 中国科学院研究生院，北京 100039
基于矢量折射定理推导了光束经过正交双棱镜后的偏转表达式．给出了装置的主要设计参量；用数值模拟的方法分析了主要误差项，求出了总误差和实际准确度指标．结果表明，光束在水平张角及垂直张角500 μrad内可实现准确度优于0．8 μrad的偏转，偏离准确度主要受随机误差影响；反映到棱镜转角上的总误差为12．72 arcsec，引起的光束偏离误差为0．365 μrad，大于系统读数分辨率0．0387 μrad，且小于光束偏离准确度指标0．8μrad．
光学器件 星间激光通信 设计与分析 双棱镜 数值模拟 Optics device Inter-satellite laser communications Double-prism Numerical simulation
1 中国科学院上海光学精密机械研究所，上海 201800
2 中国科学院研究生院，北京 100049
以精密光束偏离装置的棱镜组件为有限元模型，进行了光机热集成分析．对棱镜组件的结构强度进行了校核，分析了机械载荷作用下的镜面变形；通过模态分析，给出了装置的动态特性和镜面面形振动幅值的变化情况；最后对棱镜的热弹性变形进行了分析，对棱镜的光学性能进行了评价．结果表明：棱镜组件的最大变形在10 nm量级，最大应力为0．403 MPa，应力和应变相对于结构的准确度要求和材料的许用应力具有较大的裕度；前后棱镜组件的固有频率都大于550 Hz，装置具有良好的动态性能；通过对比棱镜在热－结构耦合分析和机械载荷下的分析结果，说明热效应对棱镜表面变形的影响远远大于机械载荷的影响．装置使用时必须采取严格的温控措施．
光学器件 集成分析 棱镜组件 有限元 星间激光通信 Optical device Integrating analysis Prism assembly Finite element analysis Space laser communications
中国科学院上海光学精密机械研究所, 上海 201800
卫星激光通信光束的传播在空间属于远场衍射,而在地面光学跟踪检验中属于近场衍射。采用菲涅耳衍射理论研究了远场衍射和近场衍射对于产生光学跟踪位置误差信号的本质上的差别并且分析了等效条件,证明了近场检验中采用卫星相对角度运动轨迹的光束扫描可以准确模拟远场相对运动,同时也得到了光斑特性和卫星抖动模拟的分析。澄清了卫星激光通信终端光学跟踪性能检验中的基本概念,具有实际指导意义。
星间激光通信 瞄准捕获和跟踪 远场衍射 近场衍射 光束扫描
