[解决方案]09级工程硕士 周健学位档案.doc

《[解决方案]09级工程硕士 周健学位档案.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《[解决方案]09级工程硕士 周健学位档案.doc（34页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、 学号： 长 春 理 工 大 学工程硕士研究生学位档案工程领域名称、代码： 工业工程 （430137） 研 究 生 姓 名： 周健 学校导师姓名、职称： 赵天唯 副教授 企业导师姓名、职称： 莫成钢 高级工程师 长春理工大学学位评定委员会制表说 明1本材料作为硕士研究生在学期间学位方面情况记录，一式两份，需在研究生获得学位后分别存入本人人事档案和学校档案馆。因此，要求有关人员必须按存档要求填写，字迹工整，不得涂改；本材料内容可以打印，但签字不得用打字代替。各栏目须如实填写，如没有或不详应填“无”或“不详”。本表一律用A4纸，不要改变表格样式，用小四宋体字填写。签字一律用黑色中性笔或签字笔按规定

2、填写。2 工程硕士学位审批表中 “学位证书编号”中已打印出的内容为编号的公共部分，其余部分在答辩结束后由学位办统一补填。3学位档案是永久存档的文件，按照档案管理的要求，不允许用订书器装订。在答辩后按照学位档案的目录将材料搜集整理并排好顺序后装订成册，可到各学院察看装订样本。封皮颜色：灰色，云彩纸，230克（厚度），麻面向外。目 录1. 工程硕士专业学位研究生成绩单2. 工程硕士学位论文开题报告3. 工程硕士专业学位研究生指导教师综合意见4. 工程硕士研究生学位论文中期检查报告5. 工程硕士研究生学位论文评议书（两名评阅人）6. 申请工程硕士学位论文答辩资格审查表7. 工程硕士学位论文答辩情况表

3、8. 工程硕士学位审批表长 春 理 工 大 学工程硕士学位论文开题报告工 程 领 域： 工业工程 研 究 生： 周 健 学 校 导 师： 赵天唯 企 业 导 师： 莫成钢 论 文 题 目：奥普公司大气激光通信项目设计与评价 开题报告日期： 2011年4月15日 长春理工大学学位评定委员会制表说 明1、开题报告由研究生本人在完成文献阅读、科研调查的基础上，并通过开题报告评议后填写。2、本报告一式两份。一份交学院作为论文检查的依据；一份答辩后作为档案材料归入学位档案，按照计划进行论文工作，答辩后随答辩材料一并交学院。3、开题报告用A4纸打印，不需标注页码。“工程领域”按国务院学位委员会颁布的工程领

4、域目录填写。一、课题来源及研究的目的和意义（此页须由研究生所在单位技术部门审核，加盖公章）课题来源： （公章）课题类型（请在相应栏目内划“”）技术攻关、技术改造、技术推广与应用新工艺、新材料、新产品、新设备的研制与开发引进、消化、吸收和应用国外先进技术项目应用基础性研究、预研专题一个较为完整的工程技术项目或工程管理项目的规划或研究工程设计与实施其他（具体说明）本课题的工程背景以及应用价值的说明：（1）工程背景无线激光通信技术是以激光作载波，传输数据、图像、语音等信息的技术。它具有通信速率高、信息容量大、抗干扰能力强，保密安全及体积小、重量轻等许多优点。适合于在天空、大气、海水等信道中进行高速率

5、传输，也适合于电磁波谱易受干扰的环境下进行应急通信，而且，架设方便，布站速度快。所以，无论是民用还是军用，都有广阔的市场前景。本课题来源于长春理工大学和长春奥普光电技术股份有限公司共同申请的吉林省省长基金“大气信道无线激光通信技术及应用研究”，合同总额980万元，研制周期为2009年7月-2011年12日。长春理工大学利用其技术优势，主要负责高速率、轻小型激光通信系统的研究工作；长春奥普光电技术股份有限公司利用其生产加工及市场开发能力负责该产品的后续生产及产品转化工作。产品的技术指标如下： 通信波长：1550nm 误 码 率：优于10-7 传输速率：10Gbps 通信距离：10km/2.5Gb

6、ps（大气能见度8km）2km/10Gbps（大气能见度1km） 跟踪范围：30mrad 通信方式：全双工 信息类型：数据、语音、图像 整机重量：约25Kg 工作环境：-40+55本课题主要在“大气信道无线激光通信技术及应用研究”项目的基础上，重点进行该产品的可行性研究，主要包括：市场调研与分析、生产组织与设计及项目评价等工作。（2）应用价值1）产品应用领域无线激光通信技术应用领域广泛，主要有以下几个方面： 民用通信市场“最后1公里”接入：应用于网络末端客户接入。优势在于架设容易，对市政建设无破坏、不占用无线电资源、适应复杂地形。应急通信、快速网络接入：应用于大型集会、比赛等临时需求，监狱、机

7、场等无线电受限场合，江河两岸等复杂地理环境。优势在于通信容量大、架设方便迅速、不占用电磁频段、不受无线电管制、适应电磁敏感环境。图1 无线激光通信应用示意图军用通信市场军事通信网络快速抢通：主要用于有线军事通信网络被破坏后的快速抢通。优势在于信道容量大，架设快速方便，适应复杂地形、网络接入方便。机械化步兵集团机动通信网干线通信：主要用于机械化步兵师无线通信网络的主干链路。优势在于适应运动平台、通信保密性好、抗电磁干扰能力强。边疆海岛间通信：主要用于边疆海岛间恶劣环境下可靠通信，采用激光微波复用方式。主要优势在于雨衰适应性强，解决微波雨衰大问题，适用于降雨天数多场合。飞机/卫星远程侦查通信：主要

8、用于飞机/卫星平台远程侦查数据的大容量实时回传。主要优势在于传输速率高、保密性强、无电磁辐射、满足隐身要求。舰队间保密通信：主要用于舰队间（可借助空间节点）保密数据传输。主要优势在于保密性强、无电磁辐射、满足隐身要求。隐形飞机群间保密通信：主要用于隐形飞机群间指令传输。主要优势在于无电磁辐射、满足隐身要求。卫星/飞机对潜通信：主要用于对潜艇指令保密传输。优势在于无电磁辐射、平台暴露危险小。航天通信应用市场天基信息网络间高速数传链路：主要用于GEO-LEO、GEO-地、GEO-飞机、LEO-地、GEO-GEO等多种链路间的高速数据传输。主要优势在于高速、保密、轻小型化、低功耗。深空通信：主要用于

9、深空探测器对地的高速数传和双向测控链路。优势在于传输速率高、光端机体积小、系统功耗低，对降低深空探测器负荷、提高探测器寿命意义重大。天基信息组网：主要用于多链路激光通信网络。优势在于采用一对多光学天线，提高系统集成度、降低体积重量功耗，提高平台寿命。2）经济效益根据通信行业对国内市场需求调研，我国年需求量约为3000套，每套平均售价70万元，年产值可达21亿元；该项目研究成果进行产业转化后，按照占领全国民用市场20%、年产值可达4.2亿元。3）社会效益吉林省是我国光学事业的发源地，建有国家级光电子产业化基地，在经济社会发展规划和科技教育规划中，都把发展光电子产业、扶持光电技术学科放在首位。大气

10、激光通信项目的顺利实施符合振兴吉林老工业基地规划纲要的产业布局。4）技术应用和产业化前景课题研究的激光通信产品涉及激光发射组件、高灵敏度探测组件、精密光学组件、高精度光电跟踪组件等，以上组件性能指标要求都很高，目前部分依赖进口。在课题研究和产品化过程中，将逐渐突破关键技术，实现以上器件的国产化，形成新器件、新产品，形成新的经济增长点，促进我省光电子产业发展。该项目的成果可以应用于特殊场合的保密通信，如核电站、监狱、边防、政府、机场等机要部门；江河两岸、油田油井间及楼宇间的通信；突发事件的应急通信，如地震、火灾、洪涝、反恐袭击等，以及临时会议的现场直播等；“最后一公里”宽带接入，为电信运营商提供

11、方便快捷的通信业务。同时，针对市场新的需求，不断研制新产品，并尽快推向市场。二、国内外研究现状及主要研究内容（1）国外发展现状美国、德国、日本、以色列等国外一些国家，在无线激光通信领域投入了大量人力物力，推出了各自的商业产品，已具有相当规模，如LightPointe公司、AirFiber公司、Canon公司和TeraBeam公司等。目前TeraBeam公司（Lucent朗讯旗下的子公司）的商用产品达到了3Km、622Mbps的通信能力；LightPointe公司产品最高通信速率达2.5Gbps、通信距离1.3Km、1550nm波长；AirFiber公司开发了622Mbps的无线光传输系统，通信

12、距离0.2-0.5Km；Canon公司主要产品速率从25Mbps到622Mbps，传输距离2km。国外生产厂家及产品特点如表l所示。表1国外生产厂家及产品一览表公司/国别速率(Mbps)距离(Km)波长(nm)备注LightPointe/美国622、1250、25000.2-1.3820Canon USA/美国6222780FSONA/加拿大155、622215502.5Gbps正研制TeraBeam/美国62231550MRV/以色列622、12502850Cablefree/英国155、15001.5780、980目前，无线激光通信已被国外多家电信运营商应用于商业服务网络。例如，在悉尼奥运

13、会上，Terabeam公司成功地使用无线光通信设备进行图像传送，并在西雅图的四季饭店成功地向客户提供100Mb/s的数据连接。2003年5月，佳能美国公司宣布他们的多套自由空间光通信FSO系统成功应用到美国纽约州地方法院系统，并在“911”恐怖袭击之后的重建工作中发挥了出色作用。（2）国内发展现状：近些年来，国内一些研究所和高等学校开展了空间激光通信技术方面的研究工作，主要研究单位有哈尔滨工业大学、长春理工大学、电子科技大学、中科院上海光机所、航天504所、北京大学、电科集团34所、西安光机所、电科集团27所、华中科技大学、中科院成都光电所等。目前，国内有桂林34所研制了大气激光通信机产品，通

14、信速率2.5Gbps，通信距离2km，波长1550nm。长春理工大学空间光电研究所研制的大气激光通信系统，通信速率10Gbps，通信距离10km，波长1550nm。此外，英国科飞无线电通信有限公司北京办事处、上海图智通讯科技有限公司、北京联思科技发展有限公司、广东和新科技有限公司等多家单位在国内代理销售国外产品。（3）主要研究内容第一章 绪论1.1 选题背景1.2 研究目的和意义1.3 国内外研究现状1.4 本文研究的主要内容与方法第二章 相关理论概述2.1 项目论证与评估的概念2.2 项目论证的内容2.3 项目评估的内容2.4 项目的财务评价第三章 大气激光通讯项目市场分析与设计3.1 市场

15、细分3.2 目标市场选择与市场预测3.3 市场定位3.4 市场竞争策略设计第四章 大气激光通信项目的生产组织与设计4.1 项目方案的测算与确定4.2 组织配置与建设进度4.3 工艺设计4.4 现场管理与物流第五章 大气激光通信项目评价5.1 项目的投资估算 5.2 项目的资金筹措5.3 项目的财务评价5.4 社会评价与风险分析第六章 结论6.1 主要结论 6.2 主要经济指标 6.3 存在问题及建议三、经费来源及概算经费来源于长春奥普光电技术股份有限公司，预计经费5000元，用于课题方案论证及市场调研。四、主要设备、仪器及材料，实验地点或协作单位用于无线激光通信系统设计、加工、装调及检测的设备

16、主要有：序号设备名称厂家1高精度自准直仪德国Moeller-Wedel公司2光学装调辅助系统自研3电控三维位移系统THORLABS公司 NanoMax6014光调制分析仪Agilent公司5数字通信分析仪Agilent公司6六维并行形变精密位移台THORLABS公司7光复谱分析仪法国APEX公司8标准平面反射镜自研9无穷远目标模拟及测试系统自研10自由空间远距离特性模拟系统自研11红外哈特曼波前分析仪Agilent公司12热真空试验装置华宇航天技术应用有限责任公司13激光通信系统野外地面模拟试验平台自研14微脉冲激光雷达自研15数据发生器Agilent公司16数据定时发生器Tektronix公

17、司五、阅读的主要参考文献综述（不少于2000字。并列出25篇重要的参考文献，其中外文10篇）文献综述主要从两方面加以说明，即可行性研究和空间激光通信的国内外发展现状：（1）可行性研究可行性研究feasibility study 在建设项目投资决策前对有关建设方案、技术方案或生产经营方案进行的技术经济论证。论证的依据是调研报告。要确定建设规模和建设期限、落实选用设备、落实工程建设条件及投资控制指标经济分析、资金来源等。可行性研究方法是以预测为前提，以投资效果为目的，从技术上、经济上、管理上进行全面综合分析研究的方法。可行性研究的基本任务，是对新建或改建项目的主要问题，从技术经济角度进行全面的分析

18、研究，并对其投产后的经济效果进行预测，在既定的范围内进行方案论证的选择，以便最合理地利用资源，达到预定的社会效益和经济效益。可行性研究必须从系统总体出发，对技术、经济、财务、商业以至环境保护、法律等多个方面进行分析和论证，以确定建设项目是否可行，为正确进行投资决策提供科学依据。项目的可行性研究是对多因素、多目标系统进行的不断的分析研究、评价和决策的过程。它需要有各方面知识的专业人才通力合作才能完成。可行性研究不仅应用于建设项目，还可应用于科学技术和工业发展的各个阶段和各个方面。例如，工业发展规划、新技术的开发、产品更新换代、企业技术改造等工作的前期，都可应用可行性研究。可行性研究自20世纪30

19、年代美国开发田纳西河流域时开始采用以后，已逐步形成一套较为完整的理论、程序和方法。1978年联合国工业发展组织编制了工业可行性研究编制手册。1980年，该组织与阿拉伯国家工业发展中心共同编辑工业项目评价手册。中国从1982年开始，已将可行性研究列为基本建设中的一项重要程序。可行性研究大体可分为三个大的方面：工艺技术、市场需求、财务经济状况。1）全面深入地进行市场分析、预测。调查和预测拟建项目产品国内、国际市场的供需情况和销售价格；研究产品的目标市场，分析市场占有率；研究确定市场，主要是产品竞争对手和自身竞争力的优势、劣势，以及产品的营销策略，并研究确定主要市场风险和风险程度。2）对资源开发项目

20、要深入研究确定资源的可利用量，资源的自然品质，资源的赋存条件和开发利用价值3）深入进行项目建设方案设计，包括：项目的建设规模与产品方案，工程选址，工艺技术方案和主要设备方案，主要材料辅助材料，环境影响问题，节能节水，项目建成投产及生产经营的组织机构与人力资源配置，项目进度计划，所需投资进行详细估算，融资分析，财务分析，国民经济评价，社会评价，项目不确定性分析，风险分析，综合评价等等。项目的可行性研究工作是由浅到深、由粗到细、前后联接、反复优化的一个研究过程。前阶段研究是为后阶段更精确的研究提出问题创造条件。可行性研究要对所有的商务风险、技术风险和利润风险进行准确落实，如果经研究发现某个方面的缺

21、陷，就应通过敏感性参数的揭示，找出主要风险原因，从市场营销、产品及规模、工艺技术、原料路线、设备方案以及公用辅助设施方案等方面寻找更好的替代方案，以提高项目的可行性。如果所有方案都经过反复优选，项目仍是不可行的，应在研究文件中说明理由。但应说明，研究结果即使是不可行的，这项研究仍然是有价值的，因为这避免了资金的滥用和浪费。除了以上所讲的项目可行性研究外，我们在实际中还有一种与投资密切相关的研究，称为专题研究，主要是为可行性研究（或初步可行性研究）创造条件，研究和解决一些关键性或特定的一些问题，它是可行性研究的前提和辅助。专题研究分类如下：1）产品市场研究：市场需求及价格的调查分析和预测，产品进

22、入市场的能力以及预期的市场渗透、竞争情况的研究，产品的市场营销战略和竞争对策研究等。2）原料及投入物料的研究：包括基本原材料和投人物的当前及以后的来源及供应情况，以及价格趋势。3）试验室和中间试验专题研究：需要进行的试验和试验程度，以确定某些原料或产品的适用性及其技术经济指标。4）建厂地区和厂址研究：结合工业布局、区域经济、内外建设条件、生产物资供应条件等。对建厂地区和厂址进行研究选择。5）规模经济研究：一般是作为工艺选择研究的组成部分来进行的。当问题仅限于规模的经济性而不涉及复杂的多种工艺时，则此项研究的主要任务是评估工厂规模经济性，在考虑可供选择的工艺技术、投资、成本、价格、效益和市场需求

23、的情况下，选择最佳的生产规模。6）工艺选择研究：对各种可能的生产技术工艺的先进性、适用性、可靠性及经济性进行分析研究和评价，特别是采用新工艺、新技术时这种研究尤为必要。7）设备选择研究：一些建设项目需要很多各类生产设备，并且供应来源、性能、价格相当悬殊时，需要进行设备研究。因为投资项目的构成和经济性很大程度上取决于设备的类型、价格和生产成本，甚至项目的生产效率也直接随着所选择的设备而变动。8）节能研究：按照节约能源的政策法规和规范的要求，提出节约能源的技术措施，对节能情况做出客观评价。9）交通影响评价：项目城市交通带来的需求和影响以及对策。可行性研究分段实施方法第一阶段：初期工作1）收集资料。

24、包括业主的要求，业主已经完成的研究成果，市场、厂址、原料、能源、运输、维修、共用设施、环境、劳动力来源、资金来源、税务、设备材料价格、物价上涨率等有关资料。2）现场考察。考察所有可利用的厂址、废料堆场和水源状况，与业主方技术人员初步商讨设计资料、设计原则和工艺技术方案。3）数据评估。认真检查所有数据及其来源，分析项目潜在的致命缺陷和设计难点，审查并确认可以提高效率、降低成本的工艺技术方案。4）初步报告。扼要总结初期工作，列出所收集的设计基础资料，分析项目潜在的致命缺陷，确定参与方案比较的工艺方案。初步报告提交业主，在得到业主的确认后方可进行第二阶段的研究工作。如业主认为项目确实存在不可逆转的致

25、命缺陷，则可及时终止研究工作。第二阶段：可选方案评价1）制定设计原则。以现有资料为基础来确定设计原则，该原则必须满足技术方案和产量的要求，当进一步获得资料后，可对原则进行补充和修订。2）技术方案比较。对选择的各专业工艺技术方案从技术上和经济上进行比较，提出最后的入选方案。3）初步估算基建投资和生产成本。为确定初步的工程现金流量，将对基建投资和生产成本进行初步估算，通过比较，可以判定规模经济及分段生产效果。4）中期报告。确定项目的组成，对可选方案进行技术经济比较，提出推荐方案。中期报告提交业主，在得到业主的确认后方可进行第三阶段的研究工作。如业主对推荐方案有疑义，则可对方案比较进行补充和修改；如

26、业主认为项目规模经济确实较差，则可及时终止研究工作。第三阶段：推荐方案研究1）具体问题研究。对推荐方案的具体问题作进一步的分析研究，包括工艺流程、物料平衡、生产进度计划、设备选型等。2）基建投资及生产成本估算。估算项目所需的总投资，确定投资逐年分配计划，合理确定筹资方案；确定成本估算的原则和计算条件，进行成本计算和分析。3）技术经济评价。分析确定产品售价，进行财务评价，包括技术经济指标计算、清偿能力分析和不确定性分析，进而进行国家收益分析和社会效益评价。4）最终报告。根据本阶段研究结论，按照可行性研究内容和深度的规定编制可行性研究最终报告。最终报告提交业主，在得到业主的确认后，研究工作即告结束

27、。如业主对最终报告有疑义，则可进一步对最终报告进行补充和修改。可行性研究在建设前期中的作用工程项目的可行性研究是确定项目是否进行投资决策的依据。社会主义市场经济投资体制的改革，把原由政府财政统一分配投资的体制变成了由国家、地方、企业和个人的多元投资格局，打破了由一个业主建设单位无偿使用的局面。因此投资业主和国家审批机关主要根据可行性研究提供的评价结果，确定对此项目是否进行投资和如何进行投资，是项目建设单位决策性的文件。可行性研究与设计项目管理的关联作用可行性研究是编制设计任务书的重要依据，也是进行初步设计和工程建设管理工作中的重要环节。可行性研究不仅对拟议中的项目进行系统分析和全面论证，判断项

28、目是否可行，值得投资，要进行反复比较，寻求最佳建设方案，避免项目方案的多变造成的人力、物力、财力的巨大浪费和时间的延误。这就需要严格项目建议书，可研报告的审批制度，确保可研报告的质量和足够的深度。假如在设计初期不能提出高质量的、切合实际的设计任务书，不能将建设意图用标准的技术术语表达出来，自然也就无法有效地控制设计全过程。如果使工程的初步设计起不到控制工程轮廓及主要功能的作用，或在只有一个粗略的方案下便草率地进入施工图设计，设计项目管理与施工肯定会出问题。（2）空间激光通信的国内外发展现状国外发展现状目前，美国、欧洲、日本是开展激光通信系统研究的先进国家，他们不仅广泛开展了空间激光通信链路理论

29、研究、关键技术研究、原理样机研制、地面和在轨演示验证等工作，而且还建立了比较健全的检测与评估系统和地面激光通信站。1美国美国是世界上开展空间光通信研究最早的国家，于20世纪60年代中期就开始实施空间光通信方面的研究计划。最主要的研究部门有美国国家航空航天局NASA（National Aeronautics and Space Administration）的JPL（Jet Propulsion Laboratory）实验室、美国空军、美国国防部战略导弹防御组织（BMDO）、Ball Aerospace等单位，以下为典型的研究成果。1）美国JPL实验室：JPL被公认为是激光通信领域最突出、研究领

30、域最广泛的研究机构。JPL实验室在NASA的资助下，在空间激光通信领域先后开展多项元器件和分系统（激光发射、航天望远镜、捕获、跟踪、对准单元、探测器、滤波器等单元）研制、多个系统终端（OPTRANSPAC系统、OCD系统、LTES系统、X2000系统等）研制、其突出成果有：1994年研制成功OCD（Optical Communication Demonstrator）通信端机演示系统，数据率可达250Mb/s，通信波长采用0.8m波段，用OOK调制方式，该光端机外观如图2所示。它具有结构简单、质量轻（15kg）、体积小、功耗低等特点。图2 JPL研制的OCD原理样机1997年，JPL建立激光测

31、试评估站LTES系统，它可对激光通信系统的功率、通信误码率或眼图、激光束散角、跟踪精度和捕获参数进行测试，主要用来定量测试空间激光通信光端机的关键技术和性能指标，图3为LTES激光通信评估与测试系统。图3 LTES激光通信评估与测试系统2000年，JPL成功建立了一套高鲁棒APT子系统，该子系统在OCD基础上进行改进，通信速率2.5Gb/s，通信波长1.55m，发射功率200mW。在APT方面主要采用惯性传感器抑制大气衰减造成的光束抖动；采用有源曝光控制，实现高动态探测；采用超宽视场捕获，实现快速捕获。该系统应用于空地激光通信系统的工作示意图，如图4所示。图4 UAV地面激光通信系统建立大气能

32、见度观测站。为了评估星地激光通信和深空激光通信中不同云层、天气、大气对激光通信的影响，JPL建立三个大气能见度观测站（Atmospheric Visibility Monitoring）。其中一个位于美国西南California州的Table山上，其外观如图5所示。利用该地面观测站还实现了ETS-VI卫星与地面激光通信演示验证试验。图5 位于Table山上的大气能见度观测站2）Ball 公司研发的LCDS系统。在NASA的资助下，Ball 公司于1995年完成了LCDS系统（Laser Communication Demonstration System），系统总体结构如图6所示。该系统具备速

33、率为1Gb/s、距离为40000km的GEO-GEO星际通信和GEO-航空平台激光通信能力,系统重量37.8kg，功耗96W。图6 BALL公司研制的LCDS样机结构3）美国BMDO：美国弹道导弹防御组织BMDO（Ballistic Missile Defense Organization）也非常重视空间光通信的研究工作。在其资助下，MIT林肯实验室、Thermo Trex公司和Astro Terra公司等进行相关关键技术研究，并取得以下突出成果：1996年，美国TT公司首次成功地进行了飞机对地面站间的激光通信试验，飞机的飞行高度11km，飞机距地面站距离约20km30km，传输速率1Gb/s

34、。1999年，TT公司还使用T39A飞机为搭载平台进行了飞机飞机间激光链路通信试验，飞行高度12 km，通信距离50km500km，速率1Gb/s，误码率10-6，图7为该机载激光通信系统。图 7 TT公司开展机载激光通信系统 2000年，在BMDO资助下，TT公司研制STVR-2卫星通信LCT光端机和地面光端机，如图8所示。将LCT作为TSX5卫星有效载荷之一，2001年开展星地激光通信演示验证。图8 STRV-2 星地激光通信系统美国AFRL：美国空军研究实验室AFRL (Air Force Research Laboratory)传感器咨询组成立于2003年，他们主要研究目标是将最新的光

35、电技术应用在新一代的航空平台激光通信光端机中，主要集中在航空光端机关键技术研究和演示，并进行原理样机研制和航空与地面演示试验验证。该原理样机最大特点是尽量应用比较成熟的器件和模块单元。整个光端机由多家公司承研（AFRL负责总体设计和电控、APT设计；L-3COM/WESCAM公司负责伺服转塔；ITT公司负责激光通信收发单元）。其主要性能指标为：空空激光通信链路距离100km；误码率；通信速率1 Gb/s2.5Gb/s；APT控制精度25rad。2005年进行短时间的野外测试，地点选择在Wright Patterson 空军基地，又在新墨西哥州的白沙基地进行长期测试；在2005年后期，光端机与M

36、P_CDL搭载飞机进行地面接口联调和测试，在2006年进行飞行演示。2. 欧洲1）欧洲空间局ESA（European Space Agency）研发的SILEX系统：ESA于1977年就开展了高速率空间激光链路研究。ESA取得的最大成就是1985年制定和实施星间激光链路试验（SILEX），用于LEO和GEO通信的SILEX光端机，由马特拉马可尼空间公司完成并集成到Artemis和地球观测卫星SPOT-4上。Artemis卫星于2001年升空，首次实现了卫星间激光通信演示试验（主要用于LEOGEO链路），并且可以同位于Canary岛的地面站进行通信，其通信示意如图9所示。该系统采用800nm波段

37、的半导体激光器作为光源，SILEX光端机采用25cm孔径天线，最大通信距离为45000km，通信速率从低轨星到同步星为50Mbps，而从同步卫星到低轨星则为2Mbps。 图9 SILEX系统实现星际激光通信演示验证2006年12月，法国国防部采办局（DGA）与欧洲航空防务与空间公司(EADS)进行了机载激光链路技术演示器（LOLA）的演示试验，第一次实现了地球同步卫星和飞机之间激光通信，其工作示意如图10所示。先后开展了近50余次的空星激光通信试验。通信距离40000km、通信速率50Mb/s、飞机海拔高度9km。该系统成功解决了以下核心技术：实现了发射与接收的有效光隔离，隔离度高达109以上

38、；通信过程中有效地抑制太阳与天空背景光影响，死区仅为5；实现了发射视轴与接收视轴的精密装校。图10 法国神秘20飞机与ARTEMIS激光通信演示验证2）ESA研发的其他轻小型激光通信系统：ESA在成功研制SILEX系统基础上，还特别注重产品的小型化、模块化设计，先后研制了与SILEX兼容的多个终端，如SOUT（Small Optical User Terminal），VSOUT(Very Small Optical User Terminal)和SOTT（Small Optical Telecommunication Termianl ）。一些最新技术应用到这些终端的研制中，进而使系统具有轻小

39、型和高速率的特点。3）ESA研发的SROIL系统。欧洲航天局在发展SILEX 计划的同时, 还大大加强了基于Nd:YAG 激光器相干光通信的关键技术和系统研究的投入力度。1998年，欧洲航天局成功研制了光学演示终端SROIL(Short Range Optical Intersatellite Link)。该终端的发射机以半导体激光器泵浦的1064nm波长Nd:YAG 激光器作为光源, 相干体制的接收机采用二进制相移键控调制方式和零差探测，通信系统的发射天线孔径为350mm，通信码率1.5 Gb/s, 误码率低于10- 6, 总质量为15 kg, 功率为40 W。4）德国SOLACOS 计划和

40、TerraSAR- X 计划由德国政府支持发展的空间固体激光通信试验(Solid State Laser Communications in Space ,SOLACOS) 是一个高码率卫星间激光通信计划。SOLACOS 计划开始于1989 年， 该项目建立了完整的计算机仿真系统， 同时制造了一套用于测试的实验模拟系统，其试验模型于1997年完成。该终端采用固体激光器和相干接收，波长1064nm、发射功率1W 的Nd:YAG 激光器，通信速率可达650 Mb/s。SOLACOS终端发射孔径150mm，重量70 kg。在此基础上，TerraSAR- X计划中也搭载相干激光通信系统（TerraSA

41、R- X 是一个高5 m，半径2.4 m， 重约1200 kg 的带有合成孔径雷达系统的六边形飞行器）。该终端可以用来进行星间激光通信和星地激光通信。2008年3月，德国TERRA-SAR-X卫星与美国NFIRE卫星间实现距离为5000km的星际相干激光通信，通信速率5.65Gb/s，通信波长为1064 nm。使用口径为125 mm 的望远镜，终端质量小于30 kg，功耗低于130 W。该终端采用二进制相移键控调制, 检测方式是零差相干检测。图11 德国TERRA-SAR-X卫星与美国NFIRE卫星间相干激光通信3日本日本于20世纪80年代中期就开始了空间光通信研究工作，主要研究单位有日本航天

42、局NASDA、邮政省的通信研究室（Communication Research Laboratory，CRL），他们分别实施了以下空间激光通信研究计划。 1）ETS-VI系统：CRL先后开展0.8m和1.55m波段激光通信系统研究。其中ETS-计划是CRL的代表成果。ETS-激光通信系统的星载LCE光端机于1994年搭载于日本的工程试验ETS-VI卫星上，于1995年与美国JPL实验室地面站成功实现8min的双向星激光通信；同年7月，与位于东京CRL地面站之间进行了星-地双向链路的激光通信试验，这是世界上首次成功进行的星地激光通信试验，图12 ETS-VI为星地激光通信系统。图12 ETS-V

43、I星地激光通信系统2）OICETS系统：OICETS(Optical Inter-orbit Communications Engineering Test Satellite)系统包括NASDA研制的OICETS卫星，质量为500kg，其有效载荷只有激光通信终端系统LUCE(Laser Utilization Communications Equipment)。OICETS的研究目标是试验和验证空间激光通信系统中有关探测、跟踪等技术及光学装置的相关内容。2000年OICETS卫星升空，2005年 OICETS(LEO)与ESA的ARTEMIS卫星（GEO）成功实现数据传输，图13为日本OIC

44、ETS卫星与ESA的ARTEMIS卫星实现星际激光通信示意图。图13 日本OICETS卫星与ESA的ARTEMIS卫星实现星际激光通信3）LCDE系统：日本于2000年研制了用于国际空间站（ISS）对地的双向超高速光通信端机LCDE(Laser Communication Demonstration Equipment)，其上行码率为1.2Gb/s，下行码率为2.5Gb/s，使用1550nm波段作为通信光，功耗小于115W，质量小于90kg。综上所述，空间激光通信通过近些年的快速发展，现已基本突破了空间激光通信中的大多数关键技术，并且成功开展了多个链路的演示验证，现正向工程化、产品化、轻小化方

45、向迈进。国内发展现状国内空间激光通信的研究相对起步较晚，但是国家对于空间激光通信研究非常重视。据不完全统计，国内已有十多所高等学校和科研院所开展空间激光通信技术与系统研究。其中有的单位重点开展星间与星地激光通信研究；有的重点开展空间激光通信仿真与关键技术研究；有的重点开展抗强背景光探测与关键器件研究；有的重点开展通信系统性能测试与评估研究；还有一些单位重点开展大气信道特性、相干探测、对潜通信等方面的研究。长春理工大学开展空间激光通信研究已经有三十余年的历史，先后开展了空间激光通信理论、仿真、关键技术和演示验证等研究，经历了从低速率到高速率、从室内到野外、从静态到动态、从陆地到空间的研究历程，目

46、前重点开展航空平台、地面平台、大气信道的激光通信技术与系统研究。参考文献：1C.Fuchs,H.Henniger,D.Giggenbach.Fiberbundle receiver:A new concept for high-speed and high-sensitivity tracking in optical transceiversJSPIE,2007(vol:6709-32)2Z.Buchta,O.Wilfert.Narrow-band high power semiconductor lasers for optical communicationJ 2007(vol:6709-57)3Hamid Hemmati,Yijiang Chen,and Ian Crossfield.Telescope wavefront aberration compensation with a deformable mirror