量子通信在原理上被證明了是一種安全的密鑰分發(fā)方式。海洋占地球面積71%,環(huán)境與大陸迥異,幾乎沒有通信基礎(chǔ)設(shè)施依托。拓展量子/激光通信的覆蓋區(qū)域,構(gòu)建覆蓋全球的天地一體的量子/激光通信網(wǎng)意義重大。將量子/激光通信的對象拓展至包括海上移動平臺在內(nèi)的各種平臺,實現(xiàn)岸-海、海上編隊內(nèi)、編隊間的量子密碼及激光通信,提高密碼通信的安全防護水平和信息傳輸?shù)膸挕Ｎ磥?以“天地一體化”量子/激光通信網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ),可形成“海-陸-空-天”立體式多維度跨平臺量子/激光通信網(wǎng)絡(luò),滿足對信息安全防護的高等級保障需求。星-艦激光通信或量子通信在國內(nèi)外尚屬空白。艦載望遠鏡的作用是建立和保持高動態(tài)的通信鏈路。艦載望遠鏡不同于地基望遠鏡,海洋環(huán)境的復(fù)雜性極大地增加了望遠鏡捕獲和跟蹤的難度。在隨海浪隨機、劇烈擺動等條件下難以實現(xiàn)遠距離、強擾動的衛(wèi)星到艦船的量子或激光通信,捕獲對準(zhǔn)技術(shù)是通信成功的前提條件,對其技術(shù)提出了更高的挑戰(zhàn)。本文的研究背景是量子/激光通信,對衛(wèi)星到艦船的視軸捕獲關(guān)鍵技術(shù)進行深入系統(tǒng)的研究。針對艦載望遠鏡在隨海浪隨機、劇烈擺動等條件下難以實現(xiàn)遠距離、強擾動的衛(wèi)星到艦船視軸捕獲的難題,開展了星-艦量子/... 

【文章來源】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所)四川省

【文章頁數(shù)】：144 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

ETS-VI衛(wèi)星上的LCE（左）和地面站（右）

星-艦量子/激光通信視軸捕獲技術(shù)研究10相關(guān)技術(shù)的研究。電子科技大學(xué)對空間激光通信理論、關(guān)鍵技術(shù)和系統(tǒng)設(shè)計等方面進行了有益探索，并且研制了地面演示實驗系統(tǒng)進行空間光通信的驗證[59]。武漢大學(xué)在2004年就進行了激光通信的試驗[60]。長春理工大學(xué)開展了多種鏈路的激光通信試驗驗證，包括空-地、空-空、湖-地等[61]。中科院上海光機所2003年研發(fā)了155Mbit/s的大氣激光通信樣機[62]，另外對空間光通信相關(guān)技術(shù)進行了研究。2011年8月，低軌衛(wèi)星“海洋二號”搭載哈爾濱工業(yè)大學(xué)研制的激光通信終端成功發(fā)射，如圖1-6所示。由于激光終端在軌具有較大的系統(tǒng)誤差，光軸指向誤差達到了8mrad，捕獲較為困難，經(jīng)過瞄準(zhǔn)偏差校正后，瞄準(zhǔn)偏差減小到0.8mrad。同年11月，與地面望遠鏡終端建立了星地激光通信鏈路并進行了通信試驗。通信距離971km，這是我國首次成功實現(xiàn)的星地激光通信實驗[63]。最初的平均捕獲時間大于40s，在軌修正指向偏差后，進行了10次試驗，平均捕獲時間達到了5s，最大捕獲時間11s[64]。圖1-6海洋二號衛(wèi)星模型Figure1-6ModelofHaiyang2satellite中科院光電技術(shù)研究所在望遠鏡系統(tǒng)的復(fù)合軸跟蹤控制技術(shù)等方面取得了顯著成果[65]。2016年8月，隨著“墨子”號量子科學(xué)試驗衛(wèi)星成功發(fā)射并進入預(yù)定軌道，中科院光電技術(shù)研究所和中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉院士領(lǐng)銜的團隊合作研制的地面站光通信終端成功地與“墨子”號建立了通信鏈路[66,67]，光電所研制和改造的四臺大口徑地面望遠鏡，分別位于興壟南山、德令哈和麗江。目前為止，已經(jīng)成功進行了上千次星地量子通信試驗以及相干激光通信試驗，地面望遠鏡單軸指向精度優(yōu)于2"，平均捕獲時間小于5s，捕獲概率大于98.9%，為空間

第1章緒論11大尺度下多項量子通信試驗提供了技術(shù)保障。圖1-7(a)為衛(wèi)星載荷，圖1-7(b)為地面站之一的南山地面站，圖1-7(c)為新建1.2m量子通信地面望遠鏡。(a)(b)(c)圖1-7星地量子/激光通信(a)衛(wèi)星載荷(b)南山地面站(c)1.2m地面望遠鏡Figure1-7Satellite-to-groundquantumcommunication(a)Satellitepayloads(b)OpticalgroundstationofNanShan(c)Telescope2017年，哈爾濱工業(yè)大學(xué)實現(xiàn)了“實踐13”-地面的激光通信實驗，如圖1-8所示。通信速率4.8Gbps，鏈路距離40000km，克服了平臺抖動、衛(wèi)星運動以及復(fù)雜的空間環(huán)境等影響，實現(xiàn)光束信號的快速捕獲和穩(wěn)定跟蹤[68]。據(jù)報道，星上終端的平均捕獲時間2.5s，1小時跟蹤穩(wěn)定度達到100%。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]EKF、UKF和CKF的濾波性能對比研究[J]. 常宇健,趙辰.  石家莊鐵道大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2019(02)
[2]星地量子通信光鏈路的建立與在軌驗證[J]. 張亮,賈建軍,廖勝凱,聞冠華,舒嶸,王建宇.  中國科學(xué):信息科學(xué). 2018(09)
[3]基于飛艇平臺激光通信系統(tǒng)的捕獲性能研究[J]. 滕云杰,宋延嵩,佟首峰,張敏.  光學(xué)學(xué)報. 2018(06)
[4]Space-to-Ground Quantum Key Distribution Using a Small-Sized Payload on Tiangong-2 Space Lab[J]. 廖勝凱,林金,任繼剛,劉尉悅,強佳,印娟,李楊,沈奇,張亮,梁學(xué)鋒,雍海林,李鳳芝,印亞云,曹原,蔡文奇,張文卓,賈建軍,吳金才,陳小文,張善從,姜曉軍,王建峰,黃永梅,王強,馬路,李力,潘閣生,張強,陳宇翱,陸朝陽,劉乃樂,馬雄峰,舒嶸,彭承志,王建宇,潘建偉.  Chinese Physics Letters. 2017(09)
[5]艦船間激光通信系統(tǒng)視軸捕獲技術(shù)[J]. 宋延嵩,趙馨,董科研,常帥,董巖.  長春理工大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2016(06)
[6]高速激光光斑檢測系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J]. 李一芒,盛磊,陳云善.  激光技術(shù). 2015(04)
[7]空間光通信中GPS輔助快速捕獲對準(zhǔn)技術(shù)[J]. 姜茹,艾勇,單欣,林貽翔,劉敏,周正人.  光通信技術(shù). 2015(04)
[8]擴展卡爾曼和無跡卡爾曼濾波應(yīng)用對比研究[J]. 郝晨,李航.  沈陽師范大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2015(02)
[9]機載激光通信終端的模糊變結(jié)構(gòu)跟蹤方法研究(英文)[J]. 曹陽,榮健,張紅民,包明,王培容,郭靖.  光子學(xué)報. 2014(08)
[10]星地激光通信鏈路瞄準(zhǔn)角度偏差修正及在軌驗證[J]. 武鳳,于思源,馬仲甜,馬晶,譚立英.  中國激光. 2014(06)

博士論文
[1]窄信標(biāo)衛(wèi)星光通信鏈路快速捕獲和穩(wěn)定跟蹤方法研究[D]. 武鳳.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2018
[2]空間二維光電轉(zhuǎn)臺的高穩(wěn)定捕獲跟蹤技術(shù)研究[D]. 白帥.中國科學(xué)院研究生院(上海技術(shù)物理研究所) 2015
[3]機載激光通信中捕獲與跟蹤技術(shù)研究[D]. 孟立新.吉林大學(xué) 2014
[4]星地量子通信高精度ATP系統(tǒng)研究[D]. 錢鋒.中國科學(xué)院研究生院（上海技術(shù)物理研究所） 2014
[5]兩類數(shù)據(jù)深度及深度加權(quán)M估計[D]. 李強.國防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2008
[6]測量數(shù)據(jù)的建模與半?yún)?shù)估計[D]. 丁士俊.武漢大學(xué) 2005
[7]星間光通信ATP中捕獲，跟蹤技術(shù)研究[D]. 羅彤.電子科技大學(xué) 2005

碩士論文
[1]動平臺間快速捕獲技術(shù)研究[D]. 張瑞欽.長春理工大學(xué) 2014
[2]光纖陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)中的誤差分析與補償[D]. 付強文.西北工業(yè)大學(xué) 2005



本文編號：2926821