平流层激光通信组网技术与应用

　　本书在对大气的组成和状态以及平流层飞行器的发展现状初步分析的基础上，对以一对多激光通信为基础的平流层激光通信组网技术与应用进行了深入研究与探讨，着重分析了激光通信组网技术的难点并介绍了最近的研究进展，对典型的激光通信组网技术方案进行了对比分析。针对激光通信组网天线系统能量发射效率与接收效率、光学天线的系统误差优化问题，以及一对多激光通信系统方案设计和实验验证过程进行了深入研究和探讨。本书可供从事空间激光通信技术的科技工作者研究参考，也可供光学工程、信息与通信工程领域的技术人员、高等院校师生阅读。

　　刘智博士，长春理工大学教授、博士生导师、空间光电技术国家地方联合工程研究中心主任。主要从事复杂信道激光传输优化技术、空间激光通信组网技术和光电动态测试技术等领域的研究工作。承担高层次和省部级课题20余项，发表论文100余篇，授权发明专利20余项，出版专著4部。获军队科学技术进步奖一等奖1项，国防科学技术进步奖二等奖1项，吉林省技术发明奖一等奖1项，吉林省科学技术进步奖二等奖1项。中国电子学会高级会员，中国光学学会会员。首批“国防科技创新团队”成员，“长春市优秀青年大学毕业生”，首批“百名吉林省教育厅新世纪科学技术优秀人才”。赵义武博士，长春理工大学副教授。主要研究方向为计算机图形学和科学计算方法。主持或参与国家和省部级科研项目16项，获省部级科学技术一等奖2项，在《中国科学》《兵工学报》《吉林大学学报》等刊物上发表学术论文23篇，授权国家发明专利8项、软件著作权3项。董科研博士，长春理工大学教授、博士生导师、光电工程学院院长，兼任吉林省光学学会理事、副秘书长。研究方向为激光通信和光电成像技术。长期在科研一线工作，主持和参与了国家、省部级科研项目30余项；获吉林省技术发明奖一等奖1项、二等奖1项，国防科学技术进步奖三等奖1项；授权国家发明专利7项；发表学术论文37篇；出版学术著作1部。孟立新博士，长春理工大学副研究员、博士生导师。主要研究方向为空间激光通信技术中的APT技术、精密光机结构设计、光机电一体化在线检测技术和逆向调制激光通信技术等。主持和参与了国家863计划项目、国家自然科学基金项目、总装探索转化项目等科研项目10余项，发表论文15篇，授权国家发明专利5项，获省部级奖励4项。江伦博士，长春理工大学副教授、博士生导师，主要研究方向为光学系统设计与空间激光通信技术。主持和参与了国家自然科学基金重大研究计划项目、国家自然科学基金重点项目、国家863计划项目、国防科工局民用航天项目、国家自然科学基金青年科学基金项目、吉林省优秀青年基金项目等科研项目20余项，获国防技术发明奖三等奖1项，发表论文30余篇，申请国家发明专利11项。姜会林中国工程院院士，长春理工大学教授、博士生导师。曾任长春理工大学校长，兼任中国兵工学会副理事长、中国光学学会和中国光学工程学会常务理事、中央军委科技委航天领域专家委员会成员，先后获“做出突出贡献的中国博士学位获得者”“全国优秀教师”“全国优秀科技工作者”等荣誉称号。长期从事应用光学技术研究，主持国家973计划项目、863计划重点项目、自然科学基金重大项目等科研项目36项。获国家科学技术进步奖二等奖1项、三等奖1项，国家技术发明奖二等奖1项，何梁何利基金科学与技术进步奖1项和部省级科学技术一等奖9项；授权发明专利77项；发表学术论文378篇；出版学术著作9部。

第 1章 绪论\t001
1．1 空间激光通信概述\t002
1．2 空间激光通信技术发展现状\t003
1．2．1 国外空间激光通信发展现状\t003
1．2．2 国外机载激光通信发展现状\t005
1．2．3 国内激光通信发展现状\t011
1．3 空间激光通信技术发展趋势\t013
1．3．1 高速率\t014
1．3．2 网络化\t014
1．3．3 多功能\t014
1．3．4 一体化\t015
1．3．5 多谱段\t015
1．4 本章小结\t015
参考文献\t016
第 2章 平流层激光通信与组网技术概述\t017
2．1 地球大气的组成和平流层特性\t018
2．2 平流层飞行器概述\t019
2．3 平流层通信系统应用特点\t020
2．4 激光通信组网应用的研究背景及其意义\t021
2．4．1 空间信息网络技术研究背景\t022
2．4．2 激光通信组网技术研究背景\t022
2．4．3 激光通信组网技术研究意义\t023
2．5 激光通信组网技术难点\t025
2．5．1 激光通信组网天线总体方案优化设计\t025
2．5．2 多APT高效率高精度对准与跟踪\t025
2．5．3 大视场共用光学天线设计与装调\t025
2．5．4 多收多发激光通信系统高效分光\t026
2．6 激光通信组网技术研究进展\t026
2．6．1 国外空间激光通信组网技术研究进展\t026
2．6．2 国外机载平台激光通信组网技术研究进展\t028
2．6．3 国内空间激光通信组网技术研究进展\t032
2．7 本章小结\t034
参考文献\t034
第3章 空间激光通信系统与组网应用方案分析\t037
3．1 空间激光通信系统组成及工作原理介绍\t038
3．1．1 空间激光通信系统组成\t038
3．1．2 空间激光通信系统的工作原理\t040
3．2 激光通信光学系统方案\t044
3．2．1 激光通信光学系统组成\t044
3．2．2 激光通信光学系统设计思路\t049
3．3 激光通信组网技术方案对比分析\t050
3．3．1 原理简捷型组网结构方案\t051
3．3．2 交换分发型组网结构方案\t052
3．3．3 射频激光结合型组网结构方案\t054
3．3．4 视场扩大型组网结构方案\t054
3．3．5 大视场通信型组网结构方案\t058
3．4 一对多激光通信系统总体方案\t059
3．5 一对多激光通信关键技术分析\t065
3．5．1 随机运动特性平台高精度指向和快速捕获技术\t065
3．5．2 大幅度低频扰动特性下的高精度稳定技术\t065
3．5．3 大容量微波高速自适应均衡技术\t065
3．6 本章小结\t066
参考文献\t066
第4章 一对多激光通信系统天线研究\t067
4．1 一对多激光通信光学天线设计\t068
4．1．1 一对多激光通信光学天线的设计原理\t068
4．1．2 一对多激光通信组网天线的参数计算\t071
4．1．3 一对多光学天线性能的仿真分析\t075
4．2 激光通信组网天线性能研究\t076
4．2．1 自由空间激光通信组网天线的能量发射效率\t077
4．2．2 自由空间激光通信组网天线的能量接收效率\t081
4．3 激光通信组网天线参数对能量利用率影响的研究\t083
4．4 一对多激光通信光学天线误差分析\t086
4．4．1 一对多激光通信光学天线误差模型研究\t086
4．4．2 仿真验证模型的建立和分析\t088
4．5 组网天线系统通信能量参数分析\t101
4．5．1 平流层飞艇平台组网通信条件的设计\t101
4．5．2 平流层飞艇平台间组网激光通信链路能量分析\t102
4．5．3 组网天线系统的关键参数设计\t104
4．6 本章小结\t106
参考文献\t106
第5章 一对多激光通信系统设计与性能实验验证\t107
5．1 大视场多目标共用光学天线设计与装调\t108
5．1．1 组网光学系统总体设计\t108
5．1．2 中继光学系统设计\t109
5．1．3 分光子光路设计\t111
5．1．4 分光片及滤光片设计\t113
5．1．5 光学系统装调\t115
5．2 反射镜拼接APT多执行器阵列控制技术\t116
5．2．1 实现策略设计\t116
5．2．2 软件跟踪算法\t116
5．2．3 伺服硬件设计\t119
5．2．4 伺服系统建模分析\t123
5．2．5 双镜交接低误码控制技术\t126
5．2．6 强背景光下微弱目标高精度识别跟踪实现\t129
5．3 光学天线机械结构的轻小型化技术\t139
5．3．1 总体结构设计与优化\t140
5．3．2 反射驱动机构设计与优化\t147
5．3．3 结构轻量化设计与优化\t153
5．3．4 反射镜驱动结构轻量化设计与优化\t154
5．4 室内验证测试系统\t162
5．5 本章小结\t164
参考文献\t164
名词索引\t165