本书的编著主要建立在北京跟踪与通信技术研究所及长春理工大学空间光电技术研究所科研团队长期从事卫星激光通信规划、顶层设计、空间激光通信理论探索、项目研究与研究生教学基础上，对快速发展的激光通信技术和复杂的空间激光通信系统调研、归纳、分析和总结，不仅突出卫星激光通信总体技术，而且全面阐述空间激光通信近期新的发展动态与趋势、激光通信链路特性及载荷特性

前言
第1章绪论1
1.1卫星通信技术现状1
1.1.1卫星通信的特点1
1.1.2卫星射频通信现状2
1.2激光通信与微波通信性能对比3
1.3卫星激光通信的特点5
1.3.1卫星激光通信的优点5
1.3.2卫星激光通信的不足6
1.4卫星激光通信应用潜力7
1.4.1天基骨干网宽带中继7
1.4.2高速率军用保密通信7
1.4.3天地一体化网络重要组成8
第2章卫星激光通信的发展现状9
2.1国外卫星激光通信发展历程9
2.1.1GEO卫星-地面首次激光通信在轨试验9
2.1.2GEO卫星-SPOT卫星在轨激光通信试验10
2.1.3GEO卫星-OICETS卫星双向激光通信在轨试验10
2.1.4LEO卫星与地面间在轨通信试验12
2.1.5GEO卫星与飞机间激光通信在轨试验12
2.1.6LEO-LEO相干激光通信在轨试验13
2.1.7飞机与飞机间激光通信飞行试验14
2.1.8月球-地面激光通信试验14
2.2空间激光通信系统的发展规划15
2.2.1中继卫星激光通信发展规划15
2.2.2小卫星激光通信发展规划16
2.2.3深空激光通信发展规划17
2.3主要发展趋势18
2.3.1研究阶段从试验阶段向应用阶段转化18
2.3.2研究重点从快速捕跟向高速率通信转移18
2.3.3应用领域从星际链路向广域立体空间拓展18
2.3.4应用模式从点对点链路通信向链路组网探索18
2.3.5系统功能从单一通信向复合攻关融合18
2.4激光通信国内发展现状19
第3章天基信息系统对卫星激光通信的需求分析20
3.1天基信息系统传输需求分析20
3.1.1高速率空间信息传输的迫切需要20
3.1.2天地一体化高速信息网的构建需要21
3.1.3激光通信是未来空间通信发展趋势22
3.2信息直接下传的局限性23
3.3中继卫星对天基信息系统性能的改善24
3.3.1增加连续可通信时间24
3.3.2拓展用户星覆盖范围24
3.3.3提高数据传输时效性25
第4章卫星激光通信系统26
4.1卫星激光通信系统组成26
4.1.1空间段26
4.1.2地面段28
4.2卫星激光通信系统工作模式28
4.3中继卫星激光通信载荷子系统29
4.3.1中继卫星属性与布局29
4.3.2中继通信卫星的特点和种类30
4.3.3中继通信卫星激光通信载荷设计特殊性33
4.4LEO卫星激光通信子系统33
4.4.1LEO卫星特点33
4.4.2LEO卫星平台种类34
4.4.3LEO卫星激光通信有效载荷特殊设计36
4.5航空/临近空间激光通信子系统37
4.5.1航空/临近空间平台特点37
4.5.2航空/临近空间激光通信载荷特点39
4.5.3航空/临近空间激光通信有效载荷特殊设计44
4.6激光通信地面站46
4.6.1地面站选址原则46
4.6.2多址对星地可通率的改善48
4.6.3现已存在的主要地面站49
4.6.4激光通信地面站特殊设计52
第5章卫星激光通信系统外界约束环境分析71
5.1卫星激光通信链路特性分析71
5.1.1链路可视率分析71
5.1.2链路距离分析72
5.1.3链路视轴转动范围分析72
5.1.4太阳规避角分析73
5.2卫星激光通信链路运动特性分析77
5.2.1相对运动角速度与角加速度77
5.2.2提前量角79
5.2.3多普勒频移82
5.3卫星激光通信链路信道特性分析84
5.3.1云层对星地激光通信链路的影响84
5.3.2大气散射平均衰减效应90
5.3.3大气湍流闪烁效应98
5.3.4大气湍流散斑效应108
5.3.5大气信道对激光偏振特性的影响111
5.3.6大气层光束偏折效应114
5.3.7大气层对光束扩束效应115
5.4卫星激光通信链路背景光特性分析117
5.4.1天空背景光的种类117
5.4.2系统接收的背景光功率121
5.4.3背景光对空间激光通信系统的影响123
第6章卫星激光通信系统链路特性分析124
6.1空间激光通信系统链路功率分析124
6.1.1通信链路功率分析124
6.1.2捕获链路功率分析126
6.1.3跟踪链路功率分析127
6.2不同链路激光通信系统链路分析128
6.2.1星际激光通信链路129
6.2.2星地激光通信链路129
6.2.3星空激光通信链路129
6.2.4空空/空地/地面激光通信链路130
第7章卫星激光通信系统指标体系131
7.1系统总体指标分析131
7.1.1优选通信距离131
7.1.2通信速率133
7.1.3通信误码率133
7.1.4全年可通率133
7.2捕获性能指标分析134
7.2.1捕获不确定区域134
7.2.2捕获概率135
7.2.3捕获时间136
7.3跟踪性能指标分析136
7.3.1跟踪视场136
7.3.2跟踪带宽137
7.3.3跟踪精度138
7.4通信性能指标分析140
7.4.1通信灵敏度140
7.4.2通信速率141
7.4.3通信误码率142
第8章卫星激光通信有效载荷144
8.1卫星激光通信的系统组成与工作原理144
8.2通信分系统144
8.2.1通信体制144
8.2.2通信分系统组成150
8.3捕跟分系统161
8.3.1捕跟分系统策略161
8.3.2捕跟分系统组成180
8.4光学分系统184
8.4.1光学分系统类型184
8.4.2光学分系统构成188
第9章激光通信有效载荷与卫星平台适配技术205
9.1卫星姿态控制与检测精度205
9.1.1卫星的姿态稳定控制方法与姿态控制精度205
9.1.2卫星姿态控制与检测精度207
9.1.3卫星姿态对捕获过程的影响208
9.2卫星平台宽谱振动209
9.2.1卫星振动特性分析209
9.2.2卫星平台振动来源及动力学耦合分析210
9.2.3卫星平台振动对跟踪性能的影响210
9.3载荷结构的谐振频率210
9.4载荷运动反作用力矩分析211
9.5载荷伺服机构锁紧214
9.6载荷与卫星平台精密装配215
9.7载荷热控设计216
9.7.1热控设计原则217
9.7.2热控分析217
9.7.3热控具体设计219
9.8载荷低功耗设计220
9.9载荷轻量化设计220
9.9.1系统总体优化设计220
9.9.2材料优化选取220
9.9.3结构轻量化设计222
9.9.4电子系统高集成度设计222
第10章激光通信有效载荷环境适应性技术223
10.1空间粒子辐射环境223
10.1.1空间粒子辐射类型223
10.1.2不同轨道空间的粒子辐射特性223
10.1.3辐射剂量与屏蔽层的关系225
10.1.4粒子辐射对激光通信载荷的影响227
10.1.5抗辐射加固技术227
10.2空间真空环境229
10.2.1空间真空环境描述229
10.2.2真空环境引起的冷焊效应230
10.2.3真空环境引起的放气效应230
10.3空间太阳辐照环境231
10.3.1太阳辐照环境231
10.3.2太阳辐照环境对激光通信有效载荷的影响231
10.4空间原子氧环境231
10.4.1原子氧环境231
10.4.2原子氧环境对激光通信有效载荷的影响232
10.4.3原子氧防护技术232
10.5空间光污染环境233
参考文献234
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