卫星相干光通信原理与技术

　　卫星相干光通信技术具有大带宽、高保密性优点，可以实现空间高速数据传输，在空间宽带通信系统、天基骨干宽带网络、导航通信一体化系统、测控通信一体化系统中具有重要应用前景。作者在总结国内外技术发展的基础上，结合空间相干光通信技术工程应用需求，基于多个国家重点项目研究成果，编写此书。本书内容共7章，第1章介绍了国内外卫星相干光通信技术发展动态和应用前景;第2章介绍了相干光探测基本原理，分析了光电探测器的类型及噪声;第3章讨论了卫星相干光通信系统组成、工作原理、光相位调制方式和相干混频方案;第4章内容包括卫星相干光通信系统约束条件、捕获跟踪原理及实现方案;第5章研究了模拟光相干解调中的光锁相环基本原理与实现方法;第6章详细介绍了光相干解调数字信号处理技术;第7章研究了卫星光码分多址接入技术。 本书将卫星相干光通信基础理论和应用技术相结合，实用性强，适合从事卫星相干光通信技术工作的工程技术人员、科研人员使用，亦可作为科研院校相关专业的教材或参考书。

　　谭庆贵博士，中国空间技术研究院西安分院研究员，博士生导师。长期从事卫星相干光通信、微波光子技术及工程应用研究工作。承担了卫星相干光通信国家重点研发项目4项，负责卫星相干光通信系统总体及光相位调制/相干解调等关键技术研究工作，并已实现成果转化和工程应用。获国防技术发明三等奖1项、中国航天科技集团科技进步三等奖2项，出版专著1部，发表论文58篇，获国家发明专利15项。李小军博士，中国空间技术研究院西安分院研究员。现任空间微波技术***重点实验室副主任，陕西省图象图形学学会理事，西安市红外与激光学会常务理事。长期从事空间有效载荷通信、遥感技术研究工作。现专注于微波光子、无线能量传输、太赫兹通信等前沿领域的研究。获国防科学技术进步二等奖1项，中国航天科技集团科技进步三等奖2项，出版专著1部，发表论文40余篇，获国家发明专利10余项。胡渝电子科技大学教授，博士生导师。光学工程学科带头人，中国电子学会会士，电子部突出贡献专家，享受国家特殊津贴。长期从事激光通信、激光技术及光学的科研与教学工作，在激光通信、激光稳频跟踪、激光相干探测等方面取得了重要的研究成果。先后主持完成863计划项目、国家自然科学基金项目、国防预研项目等40余项。获***科技进步奖2项，国防科技进步奖等省部级奖8项，国防光华科技基金奖1项。培养研究生50余名，发表论文100余篇，出版《空间光通信专辑》《光电探测技术》等专著、译著4部。

第 1章　概述001
1．1 卫星光通信技术特点及应用002
1．2 卫星光通信技术发展概述005
1．3 典型强度调制/直接探测卫星光通信系统008
1．3．1 SILEX卫星光通信系统008
1．3．2 STRV-2卫星光通信系统010
1．3．3 OICETS卫星光通信系统012
1．3．4 LLCD和MLCD光通信016
1．4 典型卫星相干光通信系统018
1．4．1 相干光通信技术发展概述018
1．4．2 TerraSAR-X相干光通信021
1．4．3 EDRS计划029
1．5 小型化、系列化光通信终端031
1．6 卫星相干光通信技术发展需求035
1．7 卫星光通信发展趋势037
第　2章 相干光探测技术039
2．1 相干光探测基本原理040
2．1．1 相干光探测040
2．1．2 功率谱密度043
2．1．3 相干光探测的信噪比045
2．1．4 关于信噪比的一些讨论046
2．1．5 噪声等效功率047
2．2 单模相干光探测的信噪比047
2．2．1 振幅调制相干光探测048
2．2．2 频率调制相干光探测049
2．3 相干光探测空间条件和频率条件049
2．3．1 调准及场匹配问题049
2．3．2 相干光探测的频率条件057
2．4 光探测器的种类及性能参数058
2．4．1 光探测器的分类及发展058
2．4．2 光探测器的性能参数058
2．5 光探测器噪声064
2．5．1 光探测器的主要噪声064
2．5．2 理想光探测器输出光电流及噪声068
第3章　卫星相干光通信系统071
3．1 卫星相干光通信系统简介072
3．1．1 卫星相干光通信系统组成072
3．1．2 通信子系统相关技术074
3．2 光相位调制技术076
3．2．1 PSK调制技术基本原理076
3．2．2 光相位调制方式081
3．2．3 相干光源及要求085
3．2．4 光相位调制器090
3．3 相干光解调技术093
3．3．1 相干光解调技术方案093
3．3．2 空间相干光混频移相技术093
3．3．3 光纤相干光混频移相技术100
3．4 卫星相干光通信系统设计思路103
3．4．1 光功率链路方程103
3．4．2 光功率链路预算104
3．4．3 相干光通信系统104
3．4．4 捕获跟踪控制子系统105
3．4．5 光学天线设计基本要求108
3．5 星-地相干激光通信链路110
第4章　高精度捕获跟踪控制技术113
4．1 卫星平台约束条件115
4．1．1 卫星轨道115
4．1．2 预置不确定角115
4．1．3 卫星振动问题分析117
4．2 卫星光通信ATP技术概述120
4．2．1 ATP子系统结构组成121
4．2．2 ATP子系统控制流程123
4．2．3 ATP子系统相关技术125
4．3 卫星光通信捕获技术126
4．3．1 捕获技术方案126
4．3．2 捕获过程127
4．3．3 捕获方式128
4．3．4 扫描方式130
4．3．5 不确定区对捕获性能的影响131
4．3．6 捕获概率分析132
4．3．7 捕获灵敏度分析136
4．4 卫星光通信跟踪技术137
4．4．1 卫星光通信复合轴跟踪控制系统137
4．4．2 卫星光通信跟踪误差统计模型140
4．4．3 跟踪误差对星间光通信系统性能的影响142
4．4．4 复合轴控制系统类型155
第5章　光锁相环技术159
5．1 锁相环基本原理160
5．2 光锁相环及其类型161
5．2．1 光锁相环基本原理161
5．2．2 光锁相环分类163
5．3 零差光接收机的光锁相环165
5．3．1 平衡OPLL原理及组成167
5．3．2 判决反馈OPLL原理及组成169
5．3．3 OPLL主要噪声源170
5．4 平衡OPLL噪声分析172
5．4．1 散粒噪声对平衡OPLL锁相误差和环路带宽的影响172
5．4．2 两种相位噪声对平衡OPLL性能的综合影响174
5．4．3 相位噪声的综合影响175
5．4．4 数据-锁相串扰对平衡OPLL性能的影响175
5．5 判决反馈OPLL噪声分析177
5．5．1 散粒噪声对判决反馈OPLL性能影响分析177
5．5．2 相位噪声对判决反馈OPLL性能影响分析179
5．6 锁相误差180
5．6．1 平衡OPLL锁相误差180
5．6．2 判决反馈OPLL锁相误差181
5．6．3 零差光接收机中各类光锁相环比较182
5．7 CostasOPLL重要参数设计183
5．7．1 CostasOPLL零差相干接收机原理183
5．7．2 CostasOPLL数学模型185
5．7．3 CostasOPLL相位误差分析186
5．7．4 最佳环路设计和激光器线宽要求190
第6章　数字解调技术193
6．1 相干光数字解调组成194
6．2 载波频差估计算法设计195
6．3 载波相位恢复算法197
6．4 时钟恢复跟踪环路200
6．5 信号均衡技术203
6．5．1 均衡器原理203
6．5．2 盲均衡算法及技术途径204
6．5．3 均衡器方案设计214
6．5．4 仿真结果215
6．5．5 测试结果及性能219
6．6 高速译码的设计221
6．6．1 译码类型221
6．6．2 LDPC编码原理222
6．6．3 LDPC译码原理227
6．6．4 LDPC与各种调制方式结合的仿真结果234
第7章　卫星光码分多址接入技术239
7．1 卫星光码分多址接入系统240
7．1．1 卫星光码分多址接入系统方案240
7．1．2 卫星光CDMA通信系统关键技术243
7．1．3 光CDMA地址码特点245
7．2 OCDMA系统中的扩频码247
7．2．1 素数码247
7．2．2 光正交码248
7．2．3 2 n 光码251
7．2．4 M序列的构造251
7．3 OCDMA系统的跳频地址码251
7．3．1 单跳频码252
7．3．2 多跳频码254
7．4 OCDMA系统中的二维地址码255
7．4．1 光正交时间/频率组合码的构造255
7．4．2 Prime/OOC码的构造256
7．4．3 OOC/OOC码的构造259
7．4．4 空间域光正交码261
7．5 多用户检测技术263
7．5．1 概述263
7．5．2 传统检测265
7．5．3 最佳多用户检测技术268
7．5．4 线性次佳多用户检测269
7．5．5 解相关检测的误码率分析273
参考文献276
索引291