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板级光电互联技术发展现状与趋势

激光与光电子学进展 2024年第7期61卷 86-98页

作者：杜耀辉侯霞中国科学院上海光学精密机械研究所航天激光工程部上海201800

光电互联技术在光电通信、光电导航等军事领域,高性能处理器以及民用通信等领域有着独特的优势。对于目前高性能计算和高速率通信系统中,无论是板到板还是板内各模块之间的链路,对更高带宽的需求持续增加,光电互联可代替传统电互联解决... 详细信息

光电互联技术在光电通信、光电导航等军事领域,高性能处理器以及民用通信等领域有着独特的优势。对于目前高性能计算和高速率通信系统中,无论是板到板还是板内各模块之间的链路,对更高带宽的需求持续增加,光电互联可代替传统电互联解决这一问题,同时降低系统成本与功耗,使系统微型化、高性能化。光电互联技术按光传输介质可分为自由空间光互联技术、聚合物光波导光电互联技术、光纤光电互联技术三类。简要介绍了光电互联技术的定义与三类光电互联技术,阐述了国内外聚合物光波导光电互联技术与光纤光电互联技术的发展动态,讨论对比了三类光电互联技术优缺点,指出了该领域的关键技术与发展趋势,为我国在该领域未来的研究方向提供参考。

关键词：光电子光电互联聚合物光波导光电互联光纤光电互联光电印刷电路板

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深空激光扩频通信测距一体化技术(特邀)

激光与光电子学进展 2024年第7期61卷 133-141页

作者：李超洋孙建锋卢智勇周煜张龙坤姜玉鑫许玲玲潘含蕊贾弘辉袁浩铭陈卫标贺辉中国科学技术大学光学与光学工程系安徽合肥230026 中国科学院上海光学精密机械研究所航天激光工程部上海201800 中国科学院上海光学精密机械研究所空间激光传输与探测技术重点实验室上海201800 上海卫星互联网研究院有限公司上海200120 上海市卫星互联网重点实验室上海200120

在深空探测中,以微波为载体的通信、测距载荷面临链路损耗大、频谱资源紧张等问题。相比微波,激光光束发散角小,能量更为集中,可达更远的传输距离,以激光为载体的通信、测距载荷具有体积小、质量轻等优势。搭建了一套激光相干外差扩频... 详细信息

在深空探测中,以微波为载体的通信、测距载荷面临链路损耗大、频谱资源紧张等问题。相比微波,激光光束发散角小,能量更为集中,可达更远的传输距离,以激光为载体的通信、测距载荷具有体积小、质量轻等优势。搭建了一套激光相干外差扩频通信测距一体化深空探测系统,提出了一种基于曲线模型的插值重采样方法,并对该曲线模型进行了理论仿真和实验验证。该模型由系统先验信息构建,是伪随机码相位差的线性函数。实验结果表明,对于静态目标,测距偏差不超过0.55 mm,测距精度不超过0.42 mm。对于动态目标,测距偏差不超过0.59 mm。静态和动态目标测距中实现了零误码通信。此外,扩频通信测距一体化设计应用于深空导航和深空时频同步,可以提高实时性。

关键词：扩频通信插值重采样通信测距一体化深空探测

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OOK与BPSK兼容激光通信性能分析

激光与光电子学进展 2024年第7期61卷 191-201页

作者：朱福南李佳蔚鲁绍文陈卫标中国科学院上海光学精密机械研究所空间激光信息传输与探测技术重点实验室上海201800 中国科学院大学材料与光电研究中心北京100049 中国科学院上海光学精密机械研究所航天工程部上海201800

为适应空间激光通信组网技术,多体制复用的通信方式应运而生。发送端采用强度调制器兼容实现了开/关键控(OOK)和二进制相移键控(BPSK)调制,接收端通过内差探测方式兼容实现了这两种调制信号的解调。在实际工程应用中,激光通信系统中散... 详细信息

为适应空间激光通信组网技术,多体制复用的通信方式应运而生。发送端采用强度调制器兼容实现了开/关键控(OOK)和二进制相移键控(BPSK)调制,接收端通过内差探测方式兼容实现了这两种调制信号的解调。在实际工程应用中,激光通信系统中散粒噪声、电子器件热噪声不可避免地会影响通信性能,在此基础上,进一步分析了强度调制器偏压点误差量与光学滤波器带宽大小对于非相干OOK和相干BPSK通信信噪比的影响。仿真结果表明:光学滤波器带宽对非相干OOK通信性能影响较大,接收光功率−46 dBm时,1 nm滤波带宽的非相干OOK信噪比开销约1.26;接收光功率−50 dBm以下时,20 nm滤波带宽的相干BPSK信噪比开销小于0.02。非相干OOK无编码通信灵敏度在1.25 Gbit/s速率时需满足−46 dBm@10^(−6),光滤波带宽应不大于0.8 nm,强度调制器偏压误差应控制在半波电压的1%以内。在消共模噪声和优化光滤波带宽条件下,1.25 Gbit/s速率的BPSK无编码通信灵敏度满足−55 dBm@10−6。

关键词：激光通信多体制复用强度调制器内差解调光滤波带宽

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深空激光扩频通信测距一体化技术（特邀）

激光与光电子学进展 2024年第7期 141-149页

作者：李超洋孙建锋卢智勇周煜张龙坤姜玉鑫许玲玲潘含蕊贾弘辉袁浩铭陈卫标贺辉中国科学技术大学光学与光学工程系中国科学院上海光学精密机械研究所空间激光传输与探测技术重点实验室中国科学院上海光学精密机械研究所航天激光工程部上海卫星互联网研究院有限公司上海市卫星互联网重点实验室

在深空探测中，以微波为载体的通信、测距载荷面临链路损耗大、频谱资源紧张等问题。相比微波，激光光束发散角小，能量更为集中，可达更远的传输距离，以激光为载体的通信、测距载荷具有体积小、质量轻等优势。搭建了一套激光相干外差... 详细信息

在深空探测中，以微波为载体的通信、测距载荷面临链路损耗大、频谱资源紧张等问题。相比微波，激光光束发散角小，能量更为集中，可达更远的传输距离，以激光为载体的通信、测距载荷具有体积小、质量轻等优势。搭建了一套激光相干外差扩频通信测距一体化深空探测系统，提出了一种基于曲线模型的插值重采样方法，并对该曲线模型进行了理论仿真和实验验证。该模型由系统先验信息构建，是伪随机码相位差的线性函数。实验结果表明，对于静态目标，测距偏差不超过0.55 mm，测距精度不超过0.42 mm。对于动态目标，测距偏差不超过0.59 mm。静态和动态目标测距中实现了零误码通信。此外，扩频通信测距一体化设计应用于深空导航和深空时频同步，可以提高实时性。

关键词：扩频通信插值重采样通信测距一体化深空探测

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一种结合角距特征的改进栅格星图识别算法

导航定位与授时 2024年第1期11卷 97-105页

作者：徐俣长张扬叶志龙谢凤英臧云朝杨光袁洪中国科学院空天信息创新研究院北京100094 中国科学院大学电子电气与通信工程学院北京100094 上海交通大学电子信息与电气工程学院上海200240 上海航天控制技术研究所上海201109 北京航空航天大学宇航学院北京100191 哈尔滨工业大学空间光学工程研究中心哈尔滨150001

针对栅格算法易受邻域星点影响导致误匹配的问题,提出了一种结合角距特征的改进栅格星图识别算法。首先介绍了改进栅格算法的原理,其次设计了融合栅格识别模式和星角距识别模式的算法实现流程,最后开展了基于不同视角下的大视场仿真星... 详细信息

针对栅格算法易受邻域星点影响导致误匹配的问题,提出了一种结合角距特征的改进栅格星图识别算法。首先介绍了改进栅格算法的原理,其次设计了融合栅格识别模式和星角距识别模式的算法实现流程,最后开展了基于不同视角下的大视场仿真星图的算法试验验证和性能分析。结果表明,由于角距特征具有旋转不变性和不易受观测星邻域星点分布影响等特点,结合角距特征对失效观测星进行再匹配的改进栅格算法,在兼顾存储量需求小、运行速度快等优势的同时,识别率和鲁棒性也得到了提升,最高识别率可达98.88%,在位置噪声干扰以及缺失星干扰下,改进算法的识别率仍可保持在95%,说明算法鲁棒性强,具有较好的应用前景。

关键词：天文导航星敏感器星图识别栅格算法角距特征

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太阳系边际探测器自主技术需求分析

宇航学报 2024年第5期45卷 647-660页

作者：徐瑞李世震李朝玉田若冰朱哲陈建岳王帅北京理工大学宇航学院北京100081 深空自主导航与控制工业和信息化部重点实验室北京100081 上海宇航系统工程研究所上海201109

回顾了已有的太阳系边际探测任务及其自主运行技术的初步应用情况,归纳了太阳系边际探测任务的特点。结合发展和应用历程,分析了实现太阳系边际探测器自主运行所需的关键技术,并给出了各项技术的重点研究方向,包括不确定环境下的自主任... 详细信息

回顾了已有的太阳系边际探测任务及其自主运行技术的初步应用情况,归纳了太阳系边际探测任务的特点。结合发展和应用历程,分析了实现太阳系边际探测器自主运行所需的关键技术,并给出了各项技术的重点研究方向,包括不确定环境下的自主任务规划技术、超长周期高可靠性自主健康管理技术、极远深空环境自主导航技术、核电源系统自主运行管理技术、极端热环境下的自主热控技术和超远距离下自主通信与休眠技术,能够为太阳系边际探测任务的关键技术研究和任务实施提供参考。

关键词：太阳系边际深空探测探测器自主管理自主规划自主导航

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空间冷原子钟技术

中国激光 2024年第11期 209-230页

作者：项静峰任伟邓思敏达刘亮吕德胜中国科学院上海光学精密机械研究所空天激光技术与系统部中国科学院上海光学精密机械研究所量子光学重点实验室中国科学院大学材料科学与光电子学技术学院

空间冷原子钟作为在空间环境运行的高精度原子钟，在导航定位、深空探测和基础物理研究等领域展现出巨大的应用潜力。20世纪90年代以来，随着中性原子激光冷却技术的发展，喷泉冷原子钟得以实现并将频率稳定度和准确度从以往铯束原子钟... 详细信息

空间冷原子钟作为在空间环境运行的高精度原子钟，在导航定位、深空探测和基础物理研究等领域展现出巨大的应用潜力。20世纪90年代以来，随着中性原子激光冷却技术的发展，喷泉冷原子钟得以实现并将频率稳定度和准确度从以往铯束原子钟的10-14量级提高到10-16量级。法国、美国和中国均提出了在微重力环境下运行高精度冷原子钟的计划。在中国载人航天工程的支持下，2016年上海光学精密机械研究所研制的天宫二号空间冷原子钟在国际上首次实现了在轨运行。欧盟的空间光钟项目于2007年获得欧洲航天局资助，目前实验室中的冷原子光钟的频率不确定度与稳定度都达到了10-18量级。随着空间光钟技术的不断发展，美国、欧盟和中国分别提出了基于空间光钟的不同实验项目建议。本文首先介绍冷原子微波钟与冷原子光钟的技术基础，然后通过概述国内外空间冷原子钟计划的任务特点、关键技术和项目进展，阐述了空间冷原子钟在基础物理和导航定位中的作用，并展望了未来高精度原子钟技术的发展方向。

关键词：冷原子原子钟光钟频率稳定度频率不确定度空间站

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在轨服务航天器的制导、导航与控制关键技术

中国惯性技术学报 2023年第9期31卷 849-860,869页

作者：刘付成韩飞孙玥武海雷曹姝清上海航天技术研究院上海201109 上海航天控制技术研究所上海201109 上海市空间智能控制技术重点实验室上海201109

在轨服务航天器的制导、导航与控制是保障任务完成的核心关键,根据其典型核心任务流程,梳理出了翻滚目标超近立体视觉测量、翻滚目标姿轨耦合逼近路径规划与控制、非合作目标柔顺捕获控制、组合体稳定控制四项关键技术。提出了基于深度... 详细信息

在轨服务航天器的制导、导航与控制是保障任务完成的核心关键,根据其典型核心任务流程,梳理出了翻滚目标超近立体视觉测量、翻滚目标姿轨耦合逼近路径规划与控制、非合作目标柔顺捕获控制、组合体稳定控制四项关键技术。提出了基于深度学习的目标典型部位精细感知、基于虚拟域逆动力学的优化轨迹、间接估计辅助的图像视觉伺服控制、基于位置控制内环的阻抗控制等方法,实现了组合体航天器精确导航、制导与控制,利用气浮平台、六自由度运动模拟器进行了地面试验验证,组合体三轴控制精度为0.2°。最后对在轨服务航天器未来发展进行了展望,以期为该方向的后续研究提供参考。

关键词：在轨服务立体视觉测量姿轨耦合非合作目标柔顺捕获组合体控制

旋转平行光管主镜背部柔性支撑设计与仿真分析

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光学技术 2021年第1期47卷 23-27页

作者：杜伟峰张惠高文杰唐行菊陆建上海航天控制技术研究所光学导航与探测事业部上海200233

针对光学动态靶标进行光电跟踪光端机的跟踪精度的测试时,旋转的光电平行光管由于离心场的存在导致主镜面型误差过大的问题,提出了一种基于挠性梁减小旋转平行光管离心工况下主镜面型误差的方法。文章首先针对主镜支撑点径向位置最优布... 详细信息

针对光学动态靶标进行光电跟踪光端机的跟踪精度的测试时,旋转的光电平行光管由于离心场的存在导致主镜面型误差过大的问题,提出了一种基于挠性梁减小旋转平行光管离心工况下主镜面型误差的方法。文章首先针对主镜支撑点径向位置最优布局进行求解,其次在Isight优化平台上对主镜背部支撑挠性梁的关键设计参数进行尺寸优化,最终利用Sigfit软件分析了离心工况下主镜面型误差。采用优化后的主镜支撑方案,反射镜在1.64g离心力作用下,主镜面型精度RMS优于0.03λ(λ=632.8nm),组件一阶固有频率为167Hz。采用4D干涉仪对平行光管的波像差进行检测,检测结果表明,平行光管光机系统的波像差RMS值优于0.067λ。经过仿真分析与检测实验证明,采用挠性支撑的旋转平行光管镜的动态刚度与面形精度满足光学动态靶标的应用要求。

关键词：光学动态靶标平行光管柔性支撑面型精度