面向空间平台的多节点间同时激光高速信息传输系统

项目来源

国家自然科学基金(NSFC)

项目主持人

姜会林

项目受资助机构

长春理工大学

项目编号

91838301

立项年度

2018

立项时间

未公开

项目级别

国家级

研究期限

未知 / 未知

受资助金额

316.00万元

学科

信息科学-电子学与信息系统-空天通信

学科代码

F-F01-F0106

基金类别

重大研究计划-集成项目-空间信息网络基础理论与关键技术

关键词

空间数据链路 ; 空间通信 ; 空间传输协议 ; 星地链路 ; 空间数据传输 ; 空间数据链路 ; 空间通信 ; 空间传输协议 ; 星地链路 ; 空间数据传输

参与者

江伦;宋延嵩;孟立新;王锐;张雅婷;王超;张家齐;于笑楠;张立中

参与机构

南方科技大学;天津大学

项目标书摘要:本项目旨在研究空间信息网络中多节点同时激光高速信息传输技术,开展空—地、空—空链路激光通信外场演示验证试验。首先提出多节点同时激光通信的总体方案,接着开展轻小型化、低功耗激光通信光端机设计、环境适应性与补偿技术研究以及大气信道内激光通信物理层与数据链路层参数优化研究,然后研制主光端机和从光端机,并进行外场演示验证试验与性能评价。本项目的实施,将对空间激光通信组网与未来空间信息网络建设具有重要的科学意义和实用价值。

Application Abstract: This project aims to study the high-speed laser transmission between multiple nodes in spatial information networks.To carry out the high-speed free space laser communication transmission experiment for air to ground and air to air link on space platform.Firstly,the main space node which has the ability to communication with two nodes at the same time is proposed to carry out space laser communication terminal,research on the design of laser communication terminal unit with light and small size and low power consumption is carried out.And the environmental adaptability design for space laser communication terminal is developed.Then the physical layer and link layer optimization technology of the laser communication in the atmospheric channel is studied.And the main and slave laser communication terminal are develop.Finally experiment of multi node simultaneous space laser communication network for space platform is carried out,and performance evaluation method is studied.It will be important to the scientific and practical development for space laser communication network and space information network construction.

项目受资助省

吉林省

项目结题报告(全文)

本项目旨在研究空间信息网络中多节点激光高速信息传输,开展面向空间平台的空地、空空链路激光通信外场组网传输实验。针对空中平台特性、承载能力、大气信道特性等外界约束条件,开展了轻小型化、低功耗激光通信端机设计技术研究;针对外界环境特性,开展了空间激光通信光端机环境适应性设计;针对星地链路大气扰动问题,开展了大气信道内激光通信的物理层与链路层优化技术研究;研制了一点对多点同时激光通信原理验证装置,参与了集成演示试验,在试验工程中摸索了飞艇平台姿态位置变化对激光通信链路影响的规律、攻关了大气湍流造成的接收功率闪烁主动补偿技术。项目组于2020年12月23日至2021年1月6日在西藏鲁朗完成了基于系留气球的“一对二”同时空间激光通信试验,首次实现了动平台条件下激光一对二组网外场通信试验,具体实现指标:通信终端数3个,速率2.5Gbps,误码率1E-9(条件为通信距离2km,系留气球高度离地200m,风速3.5m/s)。试验充分验证了一对多激光通信终端在极恶劣环境条件下的可靠性,为激光通信组网技术应用奠定基础。

  • 排序方式:
  • 1
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  • 1.多点同时激光通信终端光学基台技术研究

    • 关键词:
    • 激光通信;光学天线;光机热集成分析;光机装调技术;正交试验
    • 王守达
    • 指导老师:长春理工大学 张立中
    • 学位论文

    空间信息传输技术是建设空间信息网络的重要环节,以激光作为信息载体的通信技术具有传输速率高、信息容量大、保密性强、抗干扰抗截获能力强等显著优势。激光通信终端要具备精密光束对准和稳定、可靠的激光收发功能,同时还应具备轻量化、结构紧凑等特性。本文基于高光能量利用率、小型化,可同时进行多节点间激光通信终端光学基台研制的需求,针对终端的光机结构展开若干关键技术研究,主要包括以下几个方面:首先,分析多节点同时激光高速信息传输系统总体方案。由于激光通信束散角小的限制,当空间信息网络中的骨干节点需要与多个用户同时进行高速数据传输时,通常采用分时工作模式或者点对点通信,这严重限制了激光通信技术在空间信息网络中的广泛应用。因此,项目组提出一种新的面向空间平台的多节点间同时激光高速信息传输系统。其次,为解决方案中的光学天线两端面承担载荷的技术问题,提出一种用于卫星平台的可承载式激光通信光学天线。采用正交试验方法对主镜组件进行优化设计,并对反射镜胶黏剂进行了无热化设计。有限元分析表明,光学天线在(20±5)℃的环境温度及轴向承载及自身重力状态下,主镜面形RMS值(均方根误差)为λ/65,PV值(最大峰谷误差)为λ/14,次镜最大倾角1.21″。采用质量块模拟两端负载质量及重心位置,使用Zygo干涉仪进行测试,结果表明系统波相差能够满足1g重力及负载条件下,系统波相差RMS优于λ/15的指标要求。再次,采用光-机-热集成分析方法对光学基台的热环境适应性进行了设计及性能分析。在(20±5)℃温度载荷下后光路组件的各个视场20lp/mm的MTF值(光学传递函数)均大于0.6,具有较好的成像质量。其次,对激光通信光学基台整机进行了动力学分析,一阶固有频率84.234Hz。在低频正弦振动和随机振动的动力学环境下,结构的动态响应放大倍率较小,表明整机具有良好动态刚度。最后,为保证终端具有较好的光学成像质量,建立稳定的通信链路,对后光路组件各光路的光能量利用率、焦距等关键光学性能进行了检测。提出一种对多节点收发复合式多光轴激光通信终端光学基台的装调方案,并完成了光轴平行度的装调。

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