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深空光通信

作者:王平
丛书名:JPL深空通信与导航丛书
定价:98
印次:1-1
ISBN:9787302210603
出版日期:2009.12.01
印刷日期:2009.12.04

本书共7章。第1章概述了喷气推进实验室(JPL)研发深空光通信技术的历史。第2章介绍了深空光通信链路及系统设计要求,分析了影响光通信系统设计的参数。第3章介绍了星地光通信链路中大气信道的影响,讨论了层覆盖统计、大气透过率、背景光和天空辐射、激光束通过湍流大气层传播和影响地面接收站选址的大气因素。第4章介绍了深空光通信的调制和编码。第5章介绍了飞行终端各子系统。第6章介绍了地面终端体系结构。第7章对深空光通信技术发展及其应用进行了展望。 本书主要面向从事深空探测、空间光通信研究的科研人员、项目管理者,也可作为相关专业研究生的教学参考资料。

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前言 行星探测航天器日益增加的资料需求,促使通信频率从射频频段向光和近红外波段发展。这种变迁可使数据传输率比传统射频链路提高1~2个数量级。美国国家航空航天局(NASA)早期的航天器通信基本都采用S波段,10多年后增加了X波段,20多年后在深空任务中开始采用Ka波段。在光波段,正处于技术逐步成熟和演示阶段,有望在一系列令人信服的技术演示验证成功之后,光通信进入实现阶段。 本书旨在总结和记载自20世纪70年代后期“自由空间光通信组”成立以来喷气推进实验室(JPL)所取得的光通信研究成果。书中概述了JPL光通信组研究人员以及全球其他光通信研究人员20余年来完成的研究和研制工作。这些研究的重点一直是深空光通信。最近几年,也研究了不少近地通信技术,研究了航天器载收发机、地面接收机和上行链路发射机技术。 25年来,部件和子系统研究经历了频繁调整,以跟上激光器、探测器、探测器阵列和光纤技术的快速发展。因此,研究组的相当一部分研究集中于应对这种挑战。本书旨在带领新人进入这一崭新领域,并为希望了解光通信现状的人提供丰富的情报。作为一种情报资料,应能帮助本领域人员增进基础知识并掌握多种重要设计方案及其关键差异。本书还希望能提供有关部件及子系统技术、基本限制、最新水平的信息及研究和广泛探索新技术的途径。 本书分7章,第1章是深空光通信技术和JPL深空光通信技术开发史。第2章介绍链路及系统设计驱动因素、影响光通信系统设计的参数以及本书所讨论的相应链路参数的链路控制表。第3章介绍大气信道,讨论云覆盖区统计、大气透射比、背景光和天空辐射率、激光束穿过湍流大气层传播和影响地面接收站址选址的大气因素。第4章是调制和编码,包括被检测光场的统计模型、调制形式、调制约束带来的数据传输率限制、各种不编码光学调制方案的性能、光信道容量、光调制的信道代码以及各种编码光调制的性能。第5章是构成飞行终端的各子系统。5.1节是捕获、跟踪和瞄准子系统。跟踪和瞄准功能一直并仍然是深空光通信技术的最大挑战,本节介绍整个太阳系内光束精密瞄准、选项、设计考虑因素和要求以及系统方案举例。5.2节是激光发射机。由于当前激光器达不到所希望的寿命,飞行激光器发射机仍然是一个高风险部件。本节还介绍对飞行激光器的要求、波长效应、候选光源、调制器、激光器效率、定时抖动和温控。5.3节介绍了光机装配件,包括一般要求和说明、光信道、设计方法、收发隔离、杂散光控制、结构材料和光学设计实例。5.4节介绍激光器和控制器的飞行鉴定途径,包括环境要求和规程。第6章介绍地基终端体系结构。6.1.1节介绍单站下行链路接收和上行链路发射,讨论了选项和途径、站址分集、接收站设在云层上面(如气球、飞机或航天器)、上行链路信标、激光束传播安全以及大气效应的消减措施。6.1.2节介绍望远镜接收机阵列组成,包括权衡研究、实施方案和性能分析。6.2节介绍光电检测器,包括单检测单元(621节)和检测器阵列(6.2.2节),讨论对光电检测器的要求和挑战、光子计数检测器、实施选项和性能。6.3节介绍接收机电子线路,包括解调器体系结构、同步和检后滤波、各种解调器变型以及系统模型及体系结构。第7章介绍展望和应用,包括迄今为止的某些技术发展、导航跟踪和光科学应用。 Hamid Hemmati Pasadena,California 2005年10月

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    第1章绪论James R.Lesh

    1.1增强通信能力的诱因

    1.2JPL光通信活动的历史

    1.3关键组件/子系统和技术

    1.3.1激光发射机

    1.3.2航天器载望远镜

    1.3.3捕获、跟踪与瞄准(ATP)

    1.3.4探测器

    1.3.5滤光器

    1.3.6纠错编码

    1.4飞行终端开发

    1.4.1光学收发组件

    1.4.2光通信验证设备

    1.4.3激光通信的测试评估站

    1.4.4X2000飞行终端

    1.4.5国际空间站飞行终端

    1.5接收系统和网络研究

    1.5.1地面望远镜的成本模型

    1.5.2深空光学接收天线

    1.5.3深空中继卫星系统研究

    1.5.4地面天线技术研究

    1.5.5先进通信系统优势研究

    1.5.6地球轨道光学接收终端研究

    1.5.7EOORT混合研究

    1.5.8球形地面主望远镜

    1.5.9天基和地基接收权衡

    1.6大气透射

    1.7背景光的影响

    1.8分析工具

    1.9系统级研究

    1.9.1金星雷达测绘任务研究

    1.9.2合成孔径雷达C自由飞行器

    1.9.3ER2到地面研究

    1.9.4千天文单位距离航天任务和恒星际任务研究

    1.10系统级验证

    1.10.1“伽利略”光学实验

    1.10.2补偿式地月地后向反射器激光链路

    1.10.3地面/轨道器激光通信验证实验

    1.10.4地地验证实验

    1.11其他通信功能

    1....

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