衛星相干光通信原理與技術（簡體書）

衛星相干光通信技術具有大帶寬、高保密性優點,可以實現空間高速數據傳輸,在空間寬帶通信系統、天基骨幹寬帶網絡、導航通信一體化系統、測控通信一體化系統中具有重要應用前景。作者在總結國內外技術發展的基礎上,結合空間相干光通信技術工程應用需求,基於多個國家重點項目研究成果,編寫此書。本書內容共7章,第1章介紹了國內外衛星相干光通信技術發展動態和應用前景;第2章介紹了相干光探測基本原理,分析了光電探測器的類型及噪聲;第3章討論了衛星相干光通信系統組成、工作原理、光相位調製方式和相干混頻方案;第4章內容包括衛星相干光通信系統約束條件、捕獲跟蹤原理及實現方案;第5章研究了模擬光相干解調中的光鎖相環基本原理與實現方法;第6章詳細介紹了光相干解調數字信號處理技術;第7章研究了衛星光碼分多址接入技術。
本書將衛星相干光通信基礎理論和應用技術相結合,實用性強,適合從事衛星相干光通信技術工作的工程技術人員、科研人員使用,亦可作為科研院校相關專業的教材或參考書。

譚慶貴，
博士，中國空間技術研究院西安分院研究員，博士生導師。長期從事衛星相干光通信、微波光子技術及工程應用研究工作。承擔了衛星相干光通信國家重點研發項目4項，負責衛星相干光通信系統總體及光相位調製\/相干解調等關鍵技術研究工作，並已實現成果轉化和工程應用。獲國防技術發明三等獎1項、中國航天科技集團科技進步三等獎2項，出版專著1部，發表論文58篇，獲國家發明專利15項。

李小軍，
博士，中國空間技術研究院西安分院研究員。現任空間微波技術國家級重點實驗室副主任，陝西省圖像圖形學學會理事，西安市紅外與激光學會常務理事。長期從事空間有效載荷通信、遙感技術研究工作。現專注于微波光子、無線能量傳輸、太赫茲通信等前沿領域的研究。獲國防科學技術進步二等獎1項，中國航天科技集團科技進步三等獎2項，出版專著1部，發表論文40餘篇，獲國家發明專利10余項。

胡渝，
電子科技大學教授，博士生導師。光學工程學科帶頭人，中國電子學會會士，電子部突出貢獻專家，享受國家特殊津貼。長期從事激光通信、激光技術及光學的科研與教學工作，在激光通信、激光穩頻跟蹤、激光相干探測等方面取得了重要的研究成果。先後主持完成863計劃項目、國家自然科學基金項目、國防預研項目等40余項。獲國家級科技進步獎2項，國防科技進步獎等省部級獎8項，國防光華科技基金獎1項。培養研究生50余名，發表論文100餘篇，出版《空間光通信專輯》《光電探測技術》等專著、譯著4部。

第 1章 概述001


1.1 衛星光通信技術特點及應用002


1.2 衛星光通信技術發展概述005


1.3 典型強度調製/直接探測衛星光通信系統008


1.3.1 SILEX衛星光通信系統008


1.3.2 STRV-2衛星光通信系統010


1.3.3 OICETS衛星光通信系統012


1.3.4 LLCD和MLCD光通信016


1.4 典型衛星相干光通信系統018


1.4.1 相干光通信技術發展概述018


1.4.2 TerraSAR-X相干光通信021


1.4.3 EDRS計劃029


1.5 小型化、系列化光通信終端031


1.6 衛星相干光通信技術發展需求035


1.7 衛星光通信發展趨勢037


第 2章 相干光探測技術039


2.1 相干光探測基本原理040


2.1.1 相干光探測040


2.1.2 功率譜密度043


2.1.3 相干光探測的信噪比045


2.1.4 關於信噪比的一些討論046


2.1.5 噪聲等效功率047


2.2 單模相干光探測的信噪比047


2.2.1 振幅調製相干光探測048


2.2.2 頻率調製相干光探測049


2.3 相干光探測空間條件和頻率條件049


2.3.1 調准及場匹配問題049


2.3.2 相干光探測的頻率條件057


2.4 光探測器的種類及性能參數058


2.4.1 光探測器的分類及發展058


2.4.2 光探測器的性能參數058


2.5 光探測器噪聲064


2.5.1 光探測器的主要噪聲064


2.5.2 理想光探測器輸出光電流及噪聲068


第3章 衛星相干光通信系統071


3.1 衛星相干光通信系統簡介072


3.1.1 衛星相干光通信系統組成072


3.1.2 通信子系統相關技術074


3.2 光相位調製技術076


3.2.1 PSK調製技術基本原理076


3.2.2 光相位調製方式081


3.2.3 相干光源及要求085


3.2.4 光相位調製器090


3.3 相干光解調技術093


3.3.1 相干光解調技術方案093


3.3.2 空間相干光混頻移相技術093


3.3.3 光纖相干光混頻移相技術100


3.4 衛星相干光通信系統設計思路103


3.4.1 光功率鏈路方程103


3.4.2 光功率鏈路預算104


3.4.3 相干光通信系統104


3.4.4 捕獲跟蹤控制子系統105


3.4.5 光學天線設計基本要求108


3.5 星-地相干激光通信鏈路110


第4章 高精度捕獲跟蹤控制技術113


4.1 衛星平臺約束條件115


4.1.1 衛星軌道115


4.1.2 預置不確定角115


4.1.3 衛星振動問題分析117


4.2 衛星光通信ATP技術概述120


4.2.1 ATP子系統結構組成121


4.2.2 ATP子系統控制流程123


4.2.3 ATP子系統相關技術125


4.3 衛星光通信捕獲技術126


4.3.1 捕獲技術方案126


4.3.2 捕獲過程127


4.3.3 捕獲方式128


4.3.4 掃描方式130


4.3.5 不確定區對捕獲性能的影響131


4.3.6 捕獲概率分析132


4.3.7 捕獲靈敏度分析136


4.4 衛星光通信跟蹤技術137


4.4.1 衛星光通信複合軸跟蹤控制系統137


4.4.2 衛星光通信跟蹤誤差統計模型140


4.4.3 跟蹤誤差對星間光通信系統性能的影響142


4.4.4 複合軸控制系統類型155


第5章 光鎖相環技術159


5.1 鎖相環基本原理160


5.2 光鎖相環及其類型161


5.2.1 光鎖相環基本原理161


5.2.2 光鎖相環分類163


5.3 零差光接收機的光鎖相環165


5.3.1 平衡OPLL原理及組成167


5.3.2 判決反饋OPLL原理及組成169


5.3.3 OPLL主要噪聲源170


5.4 平衡OPLL噪聲分析172


5.4.1 散粒噪聲對平衡OPLL鎖相誤差和環路帶寬的影響172


5.4.2 兩種相位噪聲對平衡OPLL性能的綜合影響174


5.4.3 相位噪聲的綜合影響175


5.4.4 數據-鎖相串擾對平衡OPLL性能的影響175


5.5 判決反饋OPLL噪聲分析177


5.5.1 散粒噪聲對判決反饋OPLL性能影響分析177


5.5.2 相位噪聲對判決反饋OPLL性能影響分析179


5.6 鎖相誤差180


5.6.1 平衡OPLL鎖相誤差180


5.6.2 判決反饋OPLL鎖相誤差181


5.6.3 零差光接收機中各類光鎖相環比較182


5.7 CostasOPLL重要參數設計183


5.7.1 CostasOPLL零差相干接收機原理183


5.7.2 CostasOPLL數學模型185


5.7.3 CostasOPLL相位誤差分析186


5.7.4 最佳環路設計和激光器線寬要求190


第6章 數字解調技術193


6.1 相干光數字解調組成194


6.2 載波頻差估計算法設計195


6.3 載波相位恢復算法197


6.4 時鐘恢復跟蹤環路200


6.5 信號均衡技術203


6.5.1 均衡器原理203


6.5.2 盲均衡算法及技術途徑204


6.5.3 均衡器方案設計214


6.5.4 仿真結果215


6.5.5 測試結果及性能219


6.6 高速譯碼的設計221


6.6.1 譯碼類型221


6.6.2 LDPC編碼原理222


6.6.3 LDPC譯碼原理227


6.6.4 LDPC與各種調製方式結合的仿真結果234


第7章 衛星光碼分多址接入技術239


7.1 衛星光碼分多址接入系統240


7.1.1 衛星光碼分多址接入系統方案240


7.1.2 衛星光CDMA通信系統關鍵技術243


7.1.3 光CDMA地址碼特點245


7.2 OCDMA系統中的擴頻碼247


7.2.1 素數碼247


7.2.2 光正交碼248


7.2.3 2 n 光碼251


7.2.4 M序列的構造251


7.3 OCDMA系統的跳頻地址碼251


7.3.1 單跳頻碼252


7.3.2 多跳頻碼254


7.4 OCDMA系統中的二維地址碼255


7.4.1 光正交時間/頻率組合碼的構造255


7.4.2 Prime/OOC碼的構造256


7.4.3 OOC/OOC碼的構造259


7.4.4 空間域光正交碼261


7.5 多用戶檢測技術263


7.5.1 概述263


7.5.2 傳統檢測265


7.5.3 最佳多用戶檢測技術268


7.5.4 線性次佳多用戶檢測269


7.5.5 解相關檢測的誤碼率分析273


參考文獻276


索引291