星-舰量子/激光通信视轴捕获技术研究
发布时间：2020-12-20 00:08
量子通信在原理上被证明了是一种安全的密钥分发方式。海洋占地球面积71%,环境与大陆迥异,几乎没有通信基础设施依托。拓展量子/激光通信的覆盖区域,构建覆盖全球的天地一体的量子/激光通信网意义重大。将量子/激光通信的对象拓展至包括海上移动平台在内的各种平台,实现岸-海、海上编队内、编队间的量子密码及激光通信,提高密码通信的安全防护水平和信息传输的带宽。未来,以“天地一体化”量子/激光通信网络为基础,可形成“海-陆-空-天”立体式多维度跨平台量子/激光通信网络,满足对信息安全防护的高等级保障需求。星-舰激光通信或量子通信在国内外尚属空白。舰载望远镜的作用是建立和保持高动态的通信链路。舰载望远镜不同于地基望远镜,海洋环境的复杂性极大地增加了望远镜捕获和跟踪的难度。在随海浪随机、剧烈摆动等条件下难以实现远距离、强扰动的卫星到舰船的量子或激光通信,捕获对准技术是通信成功的前提条件,对其技术提出了更高的挑战。本文的研究背景是量子/激光通信,对卫星到舰船的视轴捕获关键技术进行深入系统的研究。针对舰载望远镜在随海浪随机、剧烈摆动等条件下难以实现远距离、强扰动的卫星到舰船视轴捕获的难题,开展了星-舰量子/...
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院光电技术研究所)四川省
【文章页数】：144 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
ETS-VI卫星上的LCE（左）和地面站（右）
星-舰量子/激光通信视轴捕获技术研究10相关技术的研究。电子科技大学对空间激光通信理论、关键技术和系统设计等方面进行了有益探索，并且研制了地面演示实验系统进行空间光通信的验证[59]。武汉大学在2004年就进行了激光通信的试验[60]。长春理工大学开展了多种链路的激光通信试验验证，包括空-地、空-空、湖-地等[61]。中科院上海光机所2003年研发了155Mbit/s的大气激光通信样机[62]，另外对空间光通信相关技术进行了研究。2011年8月，低轨卫星“海洋二号”搭载哈尔滨工业大学研制的激光通信终端成功发射，如图1-6所示。由于激光终端在轨具有较大的系统误差，光轴指向误差达到了8mrad，捕获较为困难，经过瞄准偏差校正后，瞄准偏差减小到0.8mrad。同年11月，与地面望远镜终端建立了星地激光通信链路并进行了通信试验。通信距离971km，这是我国首次成功实现的星地激光通信实验[63]。最初的平均捕获时间大于40s，在轨修正指向偏差后，进行了10次试验，平均捕获时间达到了5s，最大捕获时间11s[64]。图1-6海洋二号卫星模型Figure1-6ModelofHaiyang2satellite中科院光电技术研究所在望远镜系统的复合轴跟踪控制技术等方面取得了显著成果[65]。2016年8月，随着“墨子”号量子科学试验卫星成功发射并进入预定轨道，中科院光电技术研究所和中国科学技术大学潘建伟院士领衔的团队合作研制的地面站光通信终端成功地与“墨子”号建立了通信链路[66,67]，光电所研制和改造的四台大口径地面望远镜，分别位于兴垄南山、德令哈和丽江。目前为止，已经成功进行了上千次星地量子通信试验以及相干激光通信试验，地面望远镜单轴指向精度优于2"，平均捕获时间小于5s，捕获概率大于98.9%，为空间
第1章绪论11大尺度下多项量子通信试验提供了技术保障。图1-7(a)为卫星载荷，图1-7(b)为地面站之一的南山地面站，图1-7(c)为新建1.2m量子通信地面望远镜。(a)(b)(c)图1-7星地量子/激光通信(a)卫星载荷(b)南山地面站(c)1.2m地面望远镜Figure1-7Satellite-to-groundquantumcommunication(a)Satellitepayloads(b)OpticalgroundstationofNanShan(c)Telescope2017年，哈尔滨工业大学实现了“实践13”-地面的激光通信实验，如图1-8所示。通信速率4.8Gbps，链路距离40000km，克服了平台抖动、卫星运动以及复杂的空间环境等影响，实现光束信号的快速捕获和稳定跟踪[68]。据报道，星上终端的平均捕获时间2.5s，1小时跟踪稳定度达到100%。
【参考文献】：
期刊论文
[1]EKF、UKF和CKF的滤波性能对比研究[J]. 常宇健,赵辰. 石家庄铁道大学学报(自然科学版). 2019(02)
[2]星地量子通信光链路的建立与在轨验证[J]. 张亮,贾建军,廖胜凯,闻冠华,舒嵘,王建宇. 中国科学:信息科学. 2018(09)
[3]基于飞艇平台激光通信系统的捕获性能研究[J]. 滕云杰,宋延嵩,佟首峰,张敏. 光学学报. 2018(06)
[4]Space-to-Ground Quantum Key Distribution Using a Small-Sized Payload on Tiangong-2 Space Lab[J]. 廖胜凯,林金,任继刚,刘尉悦,强佳,印娟,李杨,沈奇,张亮,梁学锋,雍海林,李凤芝,印亚云,曹原,蔡文奇,张文卓,贾建军,吴金才,陈小文,张善从,姜晓军,王建峰,黄永梅,王强,马路,李力,潘阁生,张强,陈宇翱,陆朝阳,刘乃乐,马雄峰,舒嵘,彭承志,王建宇,潘建伟. Chinese Physics Letters. 2017(09)
[5]舰船间激光通信系统视轴捕获技术[J]. 宋延嵩,赵馨,董科研,常帅,董岩. 长春理工大学学报(自然科学版). 2016(06)
[6]高速激光光斑检测系统的设计与实现[J]. 李一芒,盛磊,陈云善. 激光技术. 2015(04)
[7]空间光通信中GPS辅助快速捕获对准技术[J]. 姜茹,艾勇,单欣,林贻翔,刘敏,周正人. 光通信技术. 2015(04)
[8]扩展卡尔曼和无迹卡尔曼滤波应用对比研究[J]. 郝晨,李航. 沈阳师范大学学报(自然科学版). 2015(02)
[9]机载激光通信终端的模糊变结构跟踪方法研究(英文)[J]. 曹阳,荣健,张红民,包明,王培容,郭靖. 光子学报. 2014(08)
[10]星地激光通信链路瞄准角度偏差修正及在轨验证[J]. 武凤,于思源,马仲甜,马晶,谭立英. 中国激光. 2014(06)
博士论文
[1]窄信标卫星光通信链路快速捕获和稳定跟踪方法研究[D]. 武凤.哈尔滨工业大学 2018
[2]空间二维光电转台的高稳定捕获跟踪技术研究[D]. 白帅.中国科学院研究生院(上海技术物理研究所) 2015
[3]机载激光通信中捕获与跟踪技术研究[D]. 孟立新.吉林大学 2014
[4]星地量子通信高精度ATP系统研究[D]. 钱锋.中国科学院研究生院（上海技术物理研究所） 2014
[5]两类数据深度及深度加权M估计[D]. 李强.国防科学技术大学 2008
[6]测量数据的建模与半参数估计[D]. 丁士俊.武汉大学 2005
[7]星间光通信ATP中捕获，跟踪技术研究[D]. 罗彤.电子科技大学 2005
硕士论文
[1]动平台间快速捕获技术研究[D]. 张瑞钦.长春理工大学 2014
[2]光纤陀螺捷联惯导系统中的误差分析与补偿[D]. 付强文.西北工业大学 2005
本文编号：2926821
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院光电技术研究所)四川省
【文章页数】：144 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
ETS-VI卫星上的LCE（左）和地面站（右）
星-舰量子/激光通信视轴捕获技术研究10相关技术的研究。电子科技大学对空间激光通信理论、关键技术和系统设计等方面进行了有益探索，并且研制了地面演示实验系统进行空间光通信的验证[59]。武汉大学在2004年就进行了激光通信的试验[60]。长春理工大学开展了多种链路的激光通信试验验证，包括空-地、空-空、湖-地等[61]。中科院上海光机所2003年研发了155Mbit/s的大气激光通信样机[62]，另外对空间光通信相关技术进行了研究。2011年8月，低轨卫星“海洋二号”搭载哈尔滨工业大学研制的激光通信终端成功发射，如图1-6所示。由于激光终端在轨具有较大的系统误差，光轴指向误差达到了8mrad，捕获较为困难，经过瞄准偏差校正后，瞄准偏差减小到0.8mrad。同年11月，与地面望远镜终端建立了星地激光通信链路并进行了通信试验。通信距离971km，这是我国首次成功实现的星地激光通信实验[63]。最初的平均捕获时间大于40s，在轨修正指向偏差后，进行了10次试验，平均捕获时间达到了5s，最大捕获时间11s[64]。图1-6海洋二号卫星模型Figure1-6ModelofHaiyang2satellite中科院光电技术研究所在望远镜系统的复合轴跟踪控制技术等方面取得了显著成果[65]。2016年8月，随着“墨子”号量子科学试验卫星成功发射并进入预定轨道，中科院光电技术研究所和中国科学技术大学潘建伟院士领衔的团队合作研制的地面站光通信终端成功地与“墨子”号建立了通信链路[66,67]，光电所研制和改造的四台大口径地面望远镜，分别位于兴垄南山、德令哈和丽江。目前为止，已经成功进行了上千次星地量子通信试验以及相干激光通信试验，地面望远镜单轴指向精度优于2"，平均捕获时间小于5s，捕获概率大于98.9%，为空间
第1章绪论11大尺度下多项量子通信试验提供了技术保障。图1-7(a)为卫星载荷，图1-7(b)为地面站之一的南山地面站，图1-7(c)为新建1.2m量子通信地面望远镜。(a)(b)(c)图1-7星地量子/激光通信(a)卫星载荷(b)南山地面站(c)1.2m地面望远镜Figure1-7Satellite-to-groundquantumcommunication(a)Satellitepayloads(b)OpticalgroundstationofNanShan(c)Telescope2017年，哈尔滨工业大学实现了“实践13”-地面的激光通信实验，如图1-8所示。通信速率4.8Gbps，链路距离40000km，克服了平台抖动、卫星运动以及复杂的空间环境等影响，实现光束信号的快速捕获和稳定跟踪[68]。据报道，星上终端的平均捕获时间2.5s，1小时跟踪稳定度达到100%。
【参考文献】：
期刊论文
[1]EKF、UKF和CKF的滤波性能对比研究[J]. 常宇健,赵辰. 石家庄铁道大学学报(自然科学版). 2019(02)
[2]星地量子通信光链路的建立与在轨验证[J]. 张亮,贾建军,廖胜凯,闻冠华,舒嵘,王建宇. 中国科学:信息科学. 2018(09)
[3]基于飞艇平台激光通信系统的捕获性能研究[J]. 滕云杰,宋延嵩,佟首峰,张敏. 光学学报. 2018(06)
[4]Space-to-Ground Quantum Key Distribution Using a Small-Sized Payload on Tiangong-2 Space Lab[J]. 廖胜凯,林金,任继刚,刘尉悦,强佳,印娟,李杨,沈奇,张亮,梁学锋,雍海林,李凤芝,印亚云,曹原,蔡文奇,张文卓,贾建军,吴金才,陈小文,张善从,姜晓军,王建峰,黄永梅,王强,马路,李力,潘阁生,张强,陈宇翱,陆朝阳,刘乃乐,马雄峰,舒嵘,彭承志,王建宇,潘建伟. Chinese Physics Letters. 2017(09)
[5]舰船间激光通信系统视轴捕获技术[J]. 宋延嵩,赵馨,董科研,常帅,董岩. 长春理工大学学报(自然科学版). 2016(06)
[6]高速激光光斑检测系统的设计与实现[J]. 李一芒,盛磊,陈云善. 激光技术. 2015(04)
[7]空间光通信中GPS辅助快速捕获对准技术[J]. 姜茹,艾勇,单欣,林贻翔,刘敏,周正人. 光通信技术. 2015(04)
[8]扩展卡尔曼和无迹卡尔曼滤波应用对比研究[J]. 郝晨,李航. 沈阳师范大学学报(自然科学版). 2015(02)
[9]机载激光通信终端的模糊变结构跟踪方法研究(英文)[J]. 曹阳,荣健,张红民,包明,王培容,郭靖. 光子学报. 2014(08)
[10]星地激光通信链路瞄准角度偏差修正及在轨验证[J]. 武凤,于思源,马仲甜,马晶,谭立英. 中国激光. 2014(06)
博士论文
[1]窄信标卫星光通信链路快速捕获和稳定跟踪方法研究[D]. 武凤.哈尔滨工业大学 2018
[2]空间二维光电转台的高稳定捕获跟踪技术研究[D]. 白帅.中国科学院研究生院(上海技术物理研究所) 2015
[3]机载激光通信中捕获与跟踪技术研究[D]. 孟立新.吉林大学 2014
[4]星地量子通信高精度ATP系统研究[D]. 钱锋.中国科学院研究生院（上海技术物理研究所） 2014
[5]两类数据深度及深度加权M估计[D]. 李强.国防科学技术大学 2008
[6]测量数据的建模与半参数估计[D]. 丁士俊.武汉大学 2005
[7]星间光通信ATP中捕获，跟踪技术研究[D]. 罗彤.电子科技大学 2005
硕士论文
[1]动平台间快速捕获技术研究[D]. 张瑞钦.长春理工大学 2014
[2]光纤陀螺捷联惯导系统中的误差分析与补偿[D]. 付强文.西北工业大学 2005
本文编号：2926821
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