卫星光网络技术

序

前言

第1章 卫星光通信技术简介

1.1 引言

1.2 卫星光通信系统原理及组成

1.2.1 光发射端机

1.2.2 光接收端机

1.2.3 光学天线

1.2.4 光学系统

1.2.5 ATP子系统

1.2.6 其他参数

1.2.7 卫星光通信的关键技术

1.3 激光链路优势

1.4 国内外研究现状和发展趋势

1.4.1 国外研究现状

1.4.2 国内研究现状

1.4.3 卫星光通信发展趋势

参考文献

第2章 空间ATP技术

2.1 ATP系统的组成及工作原理

2.1.1 粗瞄准机构

2.1.2 精瞄准机构

2.1.3 预瞄准机构

2.1.4 传感器

2.1.5 ATP系统的原理

2.2 ATP系统关键技术及其参数设置

2.2.1 ATP的关键技术

2.2.2 信标光链路分析

2.2.3 跟踪灵敏度

2.2.4 捕获灵敏度

2.2.5 瞄准性能

2.3 光束捕获技术

2.3.1 捕获基本原理

2.3.2 捕获方法

2.3.3 天线扫描

2.3.4 焦平面扫描

2.3.5 焦平面阵列

2.3.6 阵列顺序搜索

2.3.7 固定阵列顺序搜索

2.4 捕获时间优化

2.4.1 系统配置和捕获协议

2.4.2 捕获时间最小化

2.5 光束跟踪技术

2.5.1 空间光束跟踪原理

2.5.2 空间双向光束跟踪

2.5.3 光束跟踪对数据传输的影响

2.6 光束瞄准技术

2.6.1 瞄准光束特性

2.6.2 瞄准误差

参考文献

第3章 卫星振动对ATP系统的影响及抑制

3.1 概述

3.2 自适应带宽

3.3 改变光束宽度

3.4 功率控制

3.5 编码技术

3.6 通道分集

3.7 振动隔离

3.8 自我调节前反馈

参考文献

第4章 光信号的产生、发送与传输

4.1 光源

4.1.1 卫星光通信对光源要求

4.1.2 半导体激光器光源

4.1.3 光纤激光器光源

4.1.4 其他激光器光源

4.2 高斯光束的特性

4.3 高斯光束的发送

4.4 高斯光束的空间传播

4.5 高斯光束的聚焦与准直

4.5.1 高斯光束经透镜后参数的变化

4.5.2 高斯光束的准直

4.6 高斯光束的接收

4.7 背景干扰及滤波

4.7.1 背景干扰

4.7.2 滤波

4.8 空间环境对卫星光通信系统影响

4.8.1 高能带电粒子对卫星光通信的影响

4.8.2 背景光辐照对卫星光通信的影响

4.8.3 等离子体对卫星光通信的影响

4.8.4 其他环境对卫星光通信的影响

参考文献

第5章 空间光信号调制原理与技术

5.1 光信号调制基本参量

5.1.1 振幅调制

5.1.2 频率调制和相位调制

5.1.3 强度调制

5.1.4 脉冲位置调制

5.1.5 DPPM调制

5.1.6 DH-PIM调制

5.1.7 几种PPM调制性能比较

5.2 光信号体调制器

5.2.1 电光强度调制

5.2.2 电光相位调制

5.3 波导调制器

5.3.1 波导调制原理

5.3.2 波导相位调制

5.3.3 波导强度调制

参考文献

第6章 空间光信号接收

6.1 接收检测原理

6.2 相干PSK零差接收机

6.3 相干FSK外差接收机

6.4 直接检测OOK系统APD接收机

6.5 直接检测OOK系统PMT接收机

6.6 直接检测m-PPM系统APD接收机

6.7 直接检测m-PPM系统PMT接收机

参考文献

第7章 卫星光网络系统设计

7.1 卫星光网络概述

7.2 空间网络协议体系

7.3 分级卫星光网络设计

7.3.1 空间光频率与调制

7.3.2 空间网络拓扑模型

7.3.3 空间数据链路模式

7.3.4 空间信道编码

7.3.5 空间路由协议

7.3.6 空间网络故障恢复

7.4 卫星网络业务要求

7.4.1 电信业务估算

7.4.2 点到点连接带宽

7.4.3 星上处理载荷

7.5 卫星光网络管理

7.5.1 一般网络管理

7.5.2 卫星光网络管理

7.6 空间卫星光网络构建方法

参考文献

第8章 卫星光网络链路特性及拓扑结构

8.1 卫星节点特性

8.1.1 卫星轨道参数

8.1.2 卫星轨道方程

8.1.3 卫星轨道分类

8.1.4 星下点轨迹

8.2 通信卫星覆盖

8.3 星间激光链路

8.3.1 星间激光链路分类

8.3.2 星间激光链路坐标转换

8.3.3 星间激光链路空间位置

8.3.4 星际激光链路空间位置

8.4 卫星光网络动态拓扑

8.4.1 单层卫星光网络拓扑

8.4.2 极轨道卫星星座

8.4.3 倾斜轨道卫星星座

8.4.4 编队卫星

8.4.5 多层卫星光网络拓扑

8.5 几种典型的卫星网络系统

参考文献

第9章 WDM卫星光网络技术

9.1 光传输网结构

9.1.1 传送网的分层和分割

9.1.2 光传送网的功能和结构

9.2 WDM卫星光通信组网方案

9.2.1 波长路由卫星激光链路组网

9.2.2 波长通道网络与虚波长通道网络

9.2.3 卫星光网络光传输网设计

9.2.4 波长通道模型

9.3 光学／RF混合节点模型

9.4 光分叉复用器OADM

9.5 光交叉连接器OXC

9.6 波长分配算法

9.7 通信量路由选择和OTN的ISL尺寸

9.7.1 基于WDM的通信量路由选择

9.7.2 卫星光网络的光路容量的设计

9.7.3 卫星光网络的故障恢复

9.8 时延问题

9.9 小结

参考文献

第10章 卫星光网络路由算法

10.1 卫星网络路由算法概述

10.2 卫星网络路由算法研究现状

10.3 卫星光网络路由算法的分类

10.3.1 面向连接的卫星网络路由算法

10.3.2 面向无连接的卫星网络路由算法

10.4 卫星IP业务

10.4.1 卫星通信在Internet中的应用

10.4.2 多址接入控制

10.4.3 卫星TCP／IP协议

10.4.4 卫星Internet架构

10.5 卫星网络业务

10.5.1 通信业务理论

10.5.2 M／M／n排队模型

10.5.3 M／M／n／N排队模型

10.5.4 链路容量设计

10.6 卫星网络的仿真工具

10.6.1 卫星网络协议仿真系统

10.6.2 卫星网络星座仿真系统

参考文献

第11章 编队卫星光通信

11.1 编队卫星群简介

11.1.1 编队卫星群的概念

11.1.2 编队卫星的优点

11.2 编队卫星群间的光通信

11.2.1 星间通信概念

11.2.2 编队卫星间通信系统组成

11.2.3 编队卫星间激光通信链路的特点

11.2.4 编队卫星激光链路的网络拓扑结构

11.2.5 编队卫星间通信的主要关键技术

11.2.6 国内外编队卫星间通信技术现状

11.3 编队卫星光通信的多信号捕获方案

11.3.1 多信号捕获方案

11.3.2 数学分析

11.4 卫星激光通信中的多址连接

11.4.1 多址连接含义

11.4.2 几种常用的多址连接方式

参考文献

《卫星光网络技术》讲了卫星光通信是21世纪新兴的通信技术，具有容量大、速率高、体积小、质量轻、功耗低以及高保密性和抗电磁干扰等优势，被公认为是构建未来天基信息系统的理想方案，在预警侦察、导航定位、深空探测以及全球通信等军事和民用领域具有广泛的应用前景。
《卫星光网络技术》内容丰富、新颖，理论讲解与技术实现相结合，是国内首部卫星光网络领域的专著。全书由卫星光通信技术和卫星光网络技术两大部分组成，详细介绍了卫星光通信系统原理，卫星光通信捕获、跟踪和瞄准技术，空间光信号的传输与接收，卫星激光链路组网体系结构，网络拓扑结构设计，路由算法等关键技术。
《卫星光网络技术》可作为空间光通信专业研究生的试用教材，也可供从事光通信及相关领域专业的科研人员和高等院校师牛参考。

作者从2001年开始从事卫星光通信方面的研究工作，已于2005年出版专著《卫星光通信导论》。2007年承担国家高技术发展研究计划（863）项目“基于激光链路的卫星光网络体系结构研究”及其他军内外相关科研项目。目前国内对卫星光网络的研究还处于起步阶段，为了给广大读者一个较为完整的系统介绍，在多届研究生教学讲义的基础上，将散见于国内外各种学术期刊上的最新研究成果加以汇总，结合作者课题组的研究成果完成了本书。全书系统介绍了卫星光通信从链路到组网的基本原理和主要技术内容。