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微小卫星激光通信系统发展现状与趋势

高世杰 吴佳彬 刘永凯 马爽 牛艳君 杨会生

高世杰, 吴佳彬, 刘永凯, 马爽, 牛艳君, 杨会生. 微小卫星激光通信系统发展现状与趋势[J]. 中国光学, 2020, 13(6): 1171-1181. doi: 10.37188/CO.2020-0033
引用本文: 高世杰, 吴佳彬, 刘永凯, 马爽, 牛艳君, 杨会生. 微小卫星激光通信系统发展现状与趋势[J]. 中国光学, 2020, 13(6): 1171-1181. doi: 10.37188/CO.2020-0033
GAO Shi-Jie, WU Jia-Bin, LIU Yong-Kai, MA Shuang, NIU Yan-Jun, YANG Hui-sheng. Development status and trend of micro-satellite laser communication systems[J]. Chinese Optics, 2020, 13(6): 1171-1181. doi: 10.37188/CO.2020-0033
Citation: GAO Shi-Jie, WU Jia-Bin, LIU Yong-Kai, MA Shuang, NIU Yan-Jun, YANG Hui-sheng. Development status and trend of micro-satellite laser communication systems[J]. Chinese Optics, 2020, 13(6): 1171-1181. doi: 10.37188/CO.2020-0033

微小卫星激光通信系统发展现状与趋势

doi: 10.37188/CO.2020-0033
基金项目: 国家自然科学基金资助项目(No. 11603024, No. 11973041);国家重点研发计划资助项目(No. 2016YFB0500100);民用航天预研项目(No. D04010)
详细信息
    作者简介:

    高世杰(1979—),男,吉林抚松人,副研究员,博士,2003年于哈尔滨理工大学获得学士学位,2006年于中国科学院长春光学精密机械与物理研究所获得硕士学位,2015年于中国科学院大学获得博士学位,主要从事光通信技术研究。E-mail:gaoshijie@ciomp.ac.cn

    吴佳彬(1988—),男,吉林舒兰人,助理研究员,博士,2011年于吉林大学获得学士学位,2016年于中国科学院大学获得博士学位,主要从事光斑位置检测及快速偏转镜技术的研究。E-mail:wujb@ciomp.ac.cn

    刘永凯(1989—),男,黑龙江黑河人,助理研究员,硕士,2012年、2014年于哈尔滨工业大学分别获得学士、硕士学位,主要从事高精度光束跟踪、指向与控制技术的研究。E-mail:liuyongkai_ciomp@163.com

    马爽:马 爽(1987—),男,吉林长春人,助理研究员,博士,2010年于吉林大学获得学士学位,2016年于中国科学院大学获得博士学位,主要从事大气激光通信调制解调技术的研究。E-mail:jy01892231@126.com

    牛艳君(1982—),女,吉林公主岭人,硕士,讲师,2004年、2006年于东北师范大学分别获得学士、硕士学位,主要从事基础数学相关研究。E-mail:992585016@qq.com

  • 中图分类号: TN929.1

Development status and trend of micro-satellite laser communication systems

Funds: Supported by National Natural Science Foundation of China (No. 11603024, No. 11973041); National Key R & D Program of China (No. 2016YFB0500100); Civil Aerospace Pre-research Project (No. D04010)
More Information
  • 摘要: 空间激光通信凭借其速率高、体积小、质量轻和功耗低的优势,成为卫星间高速通信不可或缺的有效手段,特别在微小卫星应用场合,更能体现激光通信的优势。文章详细介绍了微小卫星激光通信技术领域最新的研究进展。在此基础上,总结了需要突破的同轨终端轻小型化、异轨终端轻小型化、大气湍流影响抑制等关键技术,归纳了工程化应用、双工通信、单点对多点、国产化和批产能力5个方面的发展趋势。
  • 图  1  OCSD-B/C激光终端和地面站

    Figure  1.  OCSD-B/C laser terminals and ground station

    图  2  下行通信误码率(卫星对地)

    Figure  2.  BER for the downlink (satellite to ground)

    图  3  (a)CLICK激光终端布局及(b)原理框图

    Figure  3.  (a)CLICK laser terminal layout and (b) its principle block diagram

    图  4  VSOTA系统组成

    Figure  4.  System composition of VSOTA

    图  5  FITSAT-1俯视图和仰视图

    Figure  5.  Top view and bottom view of the FITSAT-1

    图  6  OPTEL-µ系统组成

    Figure  6.  OPTEL-µ system composition

    图  7  CONDOR系统组成

    Figure  7.  CONDOR system composition

    图  8  CONDOR激光终端原理框图

    Figure  8.  Schematic diagram of the CONDOR laser terminal

    图  9  LaserFleet公司的星间激光通信终端T5布局

    Figure  9.  Layout of T5 laser terminal of inter-satellite communication made in LaserFleed company

    图  10  典型同轨激光通信终端原理框图

    Figure  10.  Schematic diagram of typical co-orbit laser communication terminal

    图  11  典型异轨激光通信终端原理框图

    Figure  11.  Schematic diagram of typical hetero-orbit laser communication terminal

    图  12  折射式望远镜及两轴转动结构一体化设计

    Figure  12.  Integrated design of refractive telescope and dual axis gimbal

    图  13  光学头布局及原理图

    Figure  13.  Layout of optical head and its principle diagram

    表  1  OCSD-B/C系统主要技术参数

    Table  1.   Main technical parameters of the OCSD-B/C

    序号技术参数典型值
    1质量/kg2.31
    2体积/mm310×10×15
    3通信距离/km450
    4波长/nm1064 信号光下行1550 信标光上行
    5发射功率/W2
    6速率/Mbps50/100验证(200 Mbps设计能力)
    7指向方式依靠卫星姿态指向
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    表  2  地面站主要参数

    Table  2.   Main technical parameters of the ground station

    序号技术参数典型值
    1口径/mm40
    2粗跟踪光学视场/(°)2
    3精跟踪光学视场/(°)0.2
    4通信光学视场/(°)0.06
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    表  3  CLICK系统的主要技术参数

    Table  3.   Main technical parameters of the CLICK system

    序号技术参数典型值
    1质量/kg<2.5
    2功耗/W15平均
    3通信距离/km25~580(星间)
    4波长/nm1537/1563
    5发射功率/mW200
    6速率/Mbps>20(全双工)
    7指向方式依靠卫星姿态指向,自身配有FPA
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    表  4  VSOTA的主要技术指标

    Table  4.   Main technical parameters of the VSOTA

    序号技术参数典型值
    1质量/kg<1
    2功耗/W<10
    3通信距离/km<2 000
    4波长/nm通道1:980,
    通道2:1540
    5发射功率/mW通道1:<540,
    通道2:<80
    6速率/Mbps0.1~10
    7指向方式依靠卫星姿态指向
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    表  5  OPTEL-µ的主要技术指标

    Table  5.   Main technical parameters of the OPTEL-µ

    序号技术参数典型值
    1质量/kg<8
    2功耗/W<45
    3通信距离/km400~900
    4波长/nm1544/1565
    5速率/Gbps1.25×2(双波长)
    6指向方式自带CPA和FPA
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    表  6  CONDOR的主要技术指标

    Table  6.   Main technical parameters of the CONDOR

    序号技术参数典型值
    1质量/kg<18
    2功耗/W<60
    3通光口径/mm80
    4发射功率/W1
    5通信速率/Gbps及距离/km<5~10, 5@7780 km
    6波长/nm1545/1560
    7指向方式CPA, FPA, PAA
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    表  7  T5主要技术指标

    Table  7.   Main technical parameters of the T5

    序号技术参数典型值
    1质量/kg5
    2通信距离/km<3000
    3速率/Mbps100
    4指向方式旋转双棱镜±30°
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    表  8  激光通信终端光束指向机构

    Table  8.   Laser communication terminal beam pointing mechanism

    终端名称卫星指向卫星指向和FPACPACPA和FPAPAA
    VSOTA
    FITSAT
    CLICK
    OCSD
    OPTEL-µ
    CONDOR
    T5
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-03-02
  • 修回日期:  2020-04-24
  • 网络出版日期:  2020-10-15
  • 刊出日期:  2020-12-01

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