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“猫眼”逆向调制自由空间光通信技术任建迎;孙华燕;张来线【摘要】“猫眼”逆向调制自由空间光通信链路通过逆向调制器对入射光调制并使其原路返回到发射端，链路只需要在一端使用搜索、捕获、跟踪系统，和传统终端相比重量轻、能耗小、费用低、组网灵活。
文章首先对“猫眼”逆向调制自由空间光通信原理进行分析，介绍了“猫眼”光学系统和逆向调制器等核心元件的作用及特点，重点对“猫眼“光学系统优化方法及多量子阱电吸收型调制器和MEMS 调制器的特点做了介绍，最后对MEMS 调制器进行了简单的性能测试。
%In free space optical communication link based on cat-eye modulating retro-reflector,incident light is modu-lated by retro-reflector,and it is retraced to the transmitter by the same light path,so search,capture and tracking sys-tem is used only in one end. Compared with traditional terminal,it has the characteristics of light weight,low energy consumption,low cost,flexible networking. Firstly,free space optical communication principle based on cat-eye modu-lating retro-reflector was analyzed,and the function and characteristics of cat-eye optical system and retro-reflector modulators were introduced. Cat-eye optical system optimization method,multiple quantum well absorption modulator and MEMS modulator were emphatically introduced. Finally,the performance of MEMS modulator was tested.【期刊名称】《激光与红外》【年(卷),期】2017(047)001【总页数】5页(P98-102)【关键词】逆向调制;猫眼光学系统;多量子阱调制器;MEMS【作者】任建迎;孙华燕;张来线【作者单位】装备学院研究生院，北京101416;装备学院光电装备系，北京101416;装备学院光电装备系，北京101416【正文语种】中文【中图分类】TN929.1“猫眼”逆向调制自由空间光通信链路利用逆向调制器对入射光束进行调制并使其沿原路返回到发射端,完成自由空间光通信[1]。
自由空间光通信（FSO）技术
佚名
【期刊名称】《通信世界》
【年(卷),期】2003(000)002
【摘要】9．11世贸中心倒塌．使一种无线连接传输服务技术浮出水面。
这个扮演世界经济拯救者角色的无线连接方式．不是谈了很久却一直鲜见其迹的蓝牙．也不是微波．而是一种虚拟光纤(FSO)传输技术。
中科院江亿院士在本期专家答疑解答FFSO相关内容。
【总页数】2页(P41-42)
【正文语种】中文
【中图分类】TN929.12
【相关文献】
1.“猫眼”逆向调制自由空间光通信技术 [J], 任建迎;孙华燕;张来线
2.自由空间光通信(FSO) [J], 章志坚
3.自由空间光通信串行级联译码技术 [J], 王德令
4.基于FSO自由空间光通信中自动伺服系统的研究 [J], 邹延聪;陆绮荣
5.一项值得重视的低压低功耗超高速集成电路技术——TFSOI技术 [J], 沈文正因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
空间激光通信技术研究研究背景：随着信息传输量呈指数级增长,目前以微波通信为主的卫星通信已经不能满足用户对容量和数据传输速率的需求,空间激光通信以其高容量、窄波束、轻载荷的技术优势呈现方兴未艾的发展态势。
作为全球最早开展激光通信技术研究的国家,美国在20世纪60年代中期就实施了空间光通信方面的研究计划。
进入20世纪90年代后,随着激光技术和关键器件的基础研究取得突破,空间激光通信的应用研究和工程试验工作开始加速。
美国、欧洲、日本等制定了多项有关自由空间激光通信的研究计划,对自由空间激光通信系统所涉及到的各项关键技术展开了全面研究,并开展了多次在轨实验验证。
我国在“九五”期间开展了空间激光通信的基本概念和理论研究,其后在关键技术、样机设计、地面试验、在轨试验方面均逐步取得重大进展,为未来空间应用奠定了一定的理论、技术和工程试验基础。
在空间激光通信领域,虽然与发达国家相比,我们还存在一些差距,但我国关键技术攻关的技术路线是与国外基本保持同步的。
只要充分发挥后发优势,纳入国家创新体系集智攻关,在未来空间宽带网络中充分利用空间激光通信技术,不仅是可行的,而且大有作为。
发展我国空间激光宽带网络,主要由以下几个方面的需求。
首先是高速数据传输需求。
2020年前后,大多数信息获取类卫星数据传输速率在2 Gbit/s 以上,最高要求8 Gbit/s以上。
2030 年航天器数据传输速率将向更高发展,微波手段已经难以满足需求。
其次是空间高速组网需求。
天基信息系统包括环境监测、通信卫星、中继卫星、导航定位等应用卫星系统,轨道包括地球静止轨道、倾斜大椭圆轨道和太阳同步轨道等多种轨道形式。
随着航天技术发展,各应用卫星系统之间信息交互的数据量越来越大,轨道内、轨道间卫星之间组网运行的需求日益迫切,急需构建天基一体、信息融合、互连互通的天基信息网。
利用激光作为载体,是实现大容量高速组网运行的最佳手段。
最后是技术发展推动需求。
利用微波进行高速数据传输存在3个突出问题:1)频带受限,传输速率难有较大突破,目前微波传输的最高速率是Gbit/s 级,不能满足空间宽带组网的需要;2)轨道频率资源紧张,申请协调难度大,在已分配的GEO卫星222 个轨位中,美国占145 个,中国仅占19个;3)频谱拥挤重叠,频率干扰严重,频谱协调难度加大。
自由空间激光通信技术综述自由空间激光通信技术综述高雪松张晓娜来源：光波通信自由空间激光通信技术综述空间激光通信系统是指以激光光波作为载波，大气作为传输介质的光通信系统。
自由空间激光通信结合了光纤通信与微波通信的优点，既具有大通信容量、高速传输的优点，又不需要铺设光纤，因此各技术强国在空间激光通信领域投入大量人力物力，并取得了很大进展。
传输原理大气传输激光通信系统是由两台激光通信机构成的通信系统，它们相互向对方发射被调制的激光脉冲信号（声音或数据），接收并解调来自对方的激光脉冲信号，实现双工通信。
图1所示的是一台激光通信机的原理框图。
图中系统可传递语音和进行计算机间数据通信。
受调制的信号通过功率驱动电路使激光器发光，从而使载有语音信号的激光通过光学天线发射出去。
另一端的激光通信机通过光学天线将收集到的光信号聚到光电探测器上，然后将这一光信号转换成电信号，再将信号放大，用阈值探测方法检出有用信号，再经过解调电路滤去基频分量和高频分量，还原出语音信号，最后通过功放经耳机接收，完成语音通信。
当开关Ｋ掷向下时，可传递数据，进行计算机间通信，这相当于一个数字通信系统。
它由计算机、接口电路、调制解调器、大气传输信道等几部分组成。
接口电路将计算机与调制解调器连接起来，使两者能同步、协调工作；调制器把二进制脉冲变换成或调制成适宜在信道上传输的波形，其目的是在不改变传输结果的条件下，尽量减少激光器的发射总功率；解调是调制的逆过程，把接收到的已调制信号进行反变换，恢复出原数字信号将其送到接口电路；同步系统是数字通信系统中的重要组成部分之一，其作用是使通信系统的收、发端有统一的时间标准，步调一致。
图1激光通信原理图关键技术分析高功率激光器的选择激光器用于产生激光信号，并形成光束射向空间。
激光器的好坏直接影响通信质量及通信距离，对系统整体性能影响很大，因而对它的选择十分重要。
空间光通信具有传输距离长，空间损耗大的特点，因此要求光发射系统中的激光器输出功率大，调制速率高。
自由空间光通信技术的研究现状和发展方向综述一、概括自由空间光通信技术，作为现代通信领域的一项前沿技术，以其高带宽、低成本、抗电磁干扰等独特优势，在军事、航天、城域网等多个领域展现出广阔的应用前景。
随着光电器件性能的不断提升以及光通信理论的深入发展，自由空间光通信技术取得了显著的研究进展。
本文旨在综述自由空间光通信技术的研究现状，分析其关键技术问题，并探讨未来的发展方向。
在研究现状方面，自由空间光通信技术已经实现了从理论探索到实际应用的重要跨越。
光发射与接收技术、光束控制技术、信道编码与调制技术等关键技术不断取得突破，使得自由空间光通信系统的性能得到了显著提升。
随着光网络的不断发展，自由空间光通信技术在组网技术、协议设计等方面也取得了重要进展。
自由空间光通信技术仍面临一些挑战和问题。
大气衰减、散射、湍流等环境因素对光信号传输的影响；光束对准、跟踪与捕获技术的实现难度；以及光通信系统的安全性、可靠性等问题。
这些问题的解决需要进一步深入研究相关技术，并推动技术创新和产业升级。
自由空间光通信技术将继续向高速度、大容量、智能化等方向发展。
通过研发更高效的光电器件、优化光通信算法，提升系统的传输速度和容量；另一方面，借助人工智能、大数据等技术手段，实现光通信系统的智能化管理和运维。
随着5G、物联网等新一代信息技术的快速发展，自由空间光通信技术将与这些技术深度融合，共同推动通信领域的创新发展。
1. 自由空间光通信技术的定义与特点自由空间光通信（Free Space Optical Communications），又称自由空间光学通讯，是一种利用光波作为信息载体，在真空或大气中传递信息的通信技术。
其核心技术在于以激光光波作为载波，通过空气这一传输介质，实现设备间的宽带数据、语音和视频传输。
自由空间光通信技术不仅继承了光纤通信与微波通信的优势，如大容量、高速传输等特性，更在铺设成本、机动灵活性以及环境适应性方面表现出显著优势。
空间激光通信发展现状及组网新方法任建迎; 孙华燕; 张来线; 张天齐【期刊名称】《《激光与红外》》【年(卷),期】2019(049)002【总页数】8页(P143-150)【关键词】空间激光通信; 星间激光通信; 空间中继; 逆向调制; 激光通信组网【作者】任建迎; 孙华燕; 张来线; 张天齐【作者单位】航天工程大学研究生院北京 101416【正文语种】中文【中图分类】TN2491 引言随着空间信息获取及传感技术的快速发展,如高分辨相机、合成孔径雷达、超光谱成像仪等,卫星或航天器所获取的及需要传输的信息量成指数级增长,未来空间载人航天需要实时视频通信、高质量高清图像传输等,由于无线电通信带宽限制,目前的通信手段已无法满足人类大宽带、高速率、实时性的通信需求,因此寻找更高速率、更高带宽的通信手段成为必然趋势。
由于激光通信将光束作为载波在空间中传输,比无线电频率高4～5个数量级,因此信息容量大、数据传输速率更高,由于激光束的方向性更好,受空间电磁环境影响小,抗干扰能力强,安全保密性好。
激光通信终端设备的体积更小、重量更轻、功耗更低,符合空间平台对有效载荷小型化、轻型化、低功耗的需求。
因此激光通信技术成为解决现有通信方式带宽不足、速率不高、实时性不好的有效方法,因此空间激光通信成为国际上空间通信重点研究和发展领域。
以美国、欧洲、俄罗斯、日本为代表的国家开展空间激光通信研究较早,已经实现了点对点的大宽带、高速率的通信。
EDRS/Serinal、LCRD等项目标志着空间通信已经走向空间通信网路研究和实验阶段。
随着人类对数据传输的高速度、实时性要求越高,空间全链路高速信息网络是未来发展的方向,激光通信组网技术是构建空天一体化高速通信网络的有效方法。
本文总结了国内外空间激光通信现状以及发展趋势,分析了相关关键技术问题,针对空间激光通信小型化、一体化问题,提出逆向调制体制的空间激光通信及组网构想。
2 自由空间激光通信研究现状国外开展自由空间激光通信试验较早,特别是以美国、欧洲、日本、俄罗斯为代表的国家开展了多次空间激光通信试验,如美国的月地激光通信演示项目(LLCD)、欧洲的卫星数据中继(European Data Rrelays System,EDRS)项目、日本的小型光通信终端(Small Optical TrAnsponder,SOTA)、俄罗斯的(GLObal Navigation Satellite System,GLONASS)等都是具有代表性的自由空间激光通信试验,并制定了后续发展规划。
猫眼终端回波闪烁效应分析单聪淼;孙华燕;赵延仲;郑勇辉【摘要】利用Rytov近似和物理光学传输矩阵法,研究了猫眼光学系统离焦量对逆向通信系统中猫眼终端回波闪烁效应的影响,得到了水平传输时高斯波束在接收平面的闪烁指数的表达式,通过数值仿真实验分析了猫眼光学系统的离焦量对接收平面光强闪烁指数的影响.结果表明,无论湍流和传输距离如何改变,总是存在一定的离焦量使得闪烁指数最小;离焦量增大时闪烁指数总体呈现先减小后增大的趋势,且随着距离和湍流的增大闪烁指数也增大.%The effects of cat-eye lens defocus amount on the intensity scintillation index of the active probing light of cat-eye terminal in modulating retro-reflecting free space optical communication system has been researched with of the Rytov approximation method and physical optical transmission matrix method.Theoretically,the expression of the scintillation index on receiving plane on condition of the Gaussian beam horizontal transfer through atmospheric conditions has been obtained.Numerical simulation results demonstrate that there is always a certain defocus amount to make the smallest scintillation index no matter how the turbulence and the distance change.With the increasing of the defocus amount,the index decreases first and then increases.In addition,the index increases with the increasing of the distance and turbulence.【期刊名称】《激光与红外》【年(卷),期】2013(043)008【总页数】5页(P876-880)【关键词】修正Rytov近似法;猫眼终端;猫眼效应;离焦量;闪烁指数【作者】单聪淼;孙华燕;赵延仲;郑勇辉【作者单位】装备学院研究生院,北京101416;装备学院光电装备系,北京101416;装备学院光电装备系,北京101416;装备学院研究生院,北京101416【正文语种】中文【中图分类】TN2491 引言基于猫眼效应的逆向调制自由空间激光通信系统利用猫眼光学系统的猫眼效应与光调制器结合构成的猫眼终端，可以使通信链路的一个终端免去激光发射系统和复杂的捕获、跟踪瞄准(Acquiring，Tracking and Pointing，ATP)系统，有效减轻终端体积、载重和功耗，增加了系统的灵活性，近年来受到国外广泛研究［1－2］。
一种降低自由空间光通信误码率的新技术杨昌旗【摘要】提出了一种降低自由空间光通信误码率的新技术,介绍了这种新技术的原理,对其做了仿真,并与前人的理论分析结果进行了比较.比较结果显示新技术系统中误码率明显降低许多.【期刊名称】《光通信技术》【年(卷),期】2010(034)008【总页数】3页(P43-45)【关键词】自由空间光通信;周期信号;自相关;闪烁;湍流大气【作者】杨昌旗【作者单位】西安石油大学,理学院,西安,710065【正文语种】中文【中图分类】TN929.120 引言自由空间光通信（Free-space Optical Communication，简称FSO）[1]是在大气或真空这类自由空间、利用光学的方法来传递消息的一种通信方式。
FSO有其与光纤通信不同的地方。
目前，短距离的FSO主要应用于一些不宜布线或是布线成本高、施工难度大、经市政部门审批困难的地方，如市区高层建筑物之间、马路（铁路）两侧的建筑物之间、不易架桥的河流两岸之间、古建筑、高山、岛屿以及沙漠地带等。
早在上个世纪中叶之前，前苏联人就开始在几百米的距离上用白炽灯进行大气传输的实验。
实验中发现湍流大气会导致光信号的起伏（这被称为闪烁）。
在传输距离稍微长一点、或者天气条件恶化的时候，光强的闪烁非常强烈，信号会出现严重的衰逝，同时伴随着很大的噪声。
接收机通常会预先设定一个门限阈值。
当这个光强值小于接收端的门限阈值的时候，这个时刻的信号值会被判定为“0”。
这就是误码。
对光纤通信来说，由于，光信号被局限于光纤内传输，信号起伏很小，噪声很低，光接收机可以很容易恢复出其时钟。
因此，光纤通信从研制之初，就进展迅速，传输速率从最早的几Mb/s，提高到现在的几十Gb/s。
而在20世纪70年代，自由空间光通信的传输速率是几Mb/s，现在依然是几十Mb/s左右，进展不大。
并不是说人类研制不了高速率的通信机，而是由于大气闪烁导致的高误码率，使得高速率的通信机发挥不出效能。
第44卷第8期红外与激光工程2015年8月Vol.44No.8Infrared and Laser Engineering Aug.2015全双工逆向调制回复空间光通信系统性能评价张鹏1,2，王天枢1,2，杨国伟3，贾青松2，马万卓2，张立中1,2，佟首峰1,2，姜会林1,2(1.长春理工大学空间光电技术国家与地方联合工程研究中心，吉林长春130022；2.长春理工大学空间光电技术研究所，吉林长春130022；3.杭州电子科技大学通信工程学院，浙江杭州310018)摘要：基于逆向调制反射器(MRR)的空间光通信系统因其结构紧凑、可免去链路一端的捕跟(APT)系统、功耗低等优点，是空间光通信系统研究热点之一。
提出采用双波长激光发射实现全双工逆向调制回复空间光通信结构，并基于该结构对强度调制解调模式，通信距离为300km，通信速率为1GHz 下的地面站对近地小卫星全双工通信链路进行了链路计算及通信误码率的分析。
当MRR端口径为0.1m时，通信链路余量大于5dB,通信误码率优于10-15，满足通信链路的要求。
并进一步分析了仿真结果存在的缺陷。
结果表明所提出的空间光通信结构在小卫星对地面站全双工激光通信是可行的，是未来空间光通信系统发展趋势之一。
关键词：空间光通信；逆向调制回复器；全双工中图分类号：TN929.12文献标志码：A文章编号：1007-2276(2015)08-2506-05Performance evaluation of full-duplex free space lasercommunication system based on modulating retro-reflectorZhang Peng1,2,Wang Tianshu1,2,Yang Guowei3,Jia Qingsong2,Ma Wanzhuo2,Zhang Lizhong1,2,Tong Shoufeng1,2,Jiang Huilin1,2(1.National and Local Joint Engineering Research Center of Space Optoelectronics Technology,Changchun University of Science and Technology,Changchun130022,China;2.Institute of Space Optoelectronics Technology,Changchun University of Science and Technology,Changchun130022,China;3.College of Communication Engineering,Hangzhou Dianzi University,Hangzhou310018,China)Abstract:Free space optical communication based on modulating retro-reflector(MRR)is research hotspots of future wireless optical communication because of less power,compact structure and without Acquisition,Pointing and Tracking(APT)requirement at system based on MRR.Full-duplex free space laser communication system based on MRR and double-wavelength laser is proposed.The link budget between small satellite under low orbit and ground station and bit error rate(BER)of optical communication are calculated when Communication distance and rate are300km and1GHz.It can be found that the link budge is more than5dB,and BER is less than10-15.The results show that the budge and BER meet the communication requirement.Then limitation of the emulation is also analyzed.In收稿日期：2014-12-10；修订日期：2015-01-11基金项目：国家自然科学基金(91438204)作者简介：张鹏(1985-)，男，讲师，主要从事激光通信及激光器方面的研究。
《自由空间光通信中轨道角动量智能解复用方法研究》一、引言自由空间光通信（Free-Space Optical Communication，FSOC）是一种基于激光束在自由空间中传输信息的技术，具有传输速度快、容量大、抗干扰能力强等优点。
近年来，随着信息技术的飞速发展，传统的通信方式已经无法满足日益增长的数据传输需求。
因此，轨道角动量（Orbital Angular Momentum，OAM）作为一种新型的通信技术，在自由空间光通信中得到了广泛的应用。
本文将重点研究轨道角动量智能解复用方法在自由空间光通信中的应用。
二、轨道角动量技术概述轨道角动量技术是利用光束的相位和强度变化携带更多的信息，提高光通信系统的信道容量。
在自由空间光通信中，轨道角动量可以作为一种复用技术，通过不同的光束携带不同的信息，实现多路复用传输。
然而，由于光束在传输过程中会受到各种干扰和噪声的影响，导致接收端难以准确地将不同的光束分离和解析。
因此，需要采用智能解复用方法来解决这一问题。
三、智能解复用方法研究（一）智能解复用方法的理论基础智能解复用方法主要是通过引入先进的算法和计算机技术，实现对轨道角动量的高效检测和解析。
其理论基础包括光学原理、信号处理技术、机器学习等。
通过分析不同光束的相位、强度等信息，结合算法进行信号处理和解析，实现对不同信息的准确传输和接收。
（二）智能解复用方法的研究现状目前，国内外学者针对轨道角动量的智能解复用方法进行了广泛的研究。
主要研究内容包括算法设计、实验验证和应用实践等方面。
在算法设计方面，主要采用了深度学习、神经网络等先进的计算机技术，实现对光束的准确检测和解析。
在实验验证方面，通过搭建实验平台，对不同算法进行验证和优化。
在应用实践方面，已经将智能解复用方法应用于自由空间光通信系统中，实现了多路复用传输和高速数据传输。
（三）本文的研究重点本文将重点研究基于机器学习的轨道角动量智能解复用方法。
首先，通过对不同光束的相位、强度等信息进行采集和处理，提取出有用的信息。
逆向调制激光通信作用距离及误码率分析任建迎;孙华燕;赵延仲;张来线【摘要】In order to analyze bit error rate(BER)characteristics of OOK modulation in modulating retro-reflector la-ser communication system,a modulating retro-reflector laser communication link is established by Optisystem simula-tion software based on the analysis of echo power model and BER performance.The communication speeds of 100 Mb-ps and 1 Gbps under the different communication distances and visibilities were simulated by using NRZ,and then BER under different conditions was calculated according to the obtained SNR.Finally,the retro-reflector communica-tion distances under different conditions were gained by combining with the characteristics of eye pattern.The results show that the BER decreases with the increase of atmospheric visibility,and increases with the increase of communica-tion distance.Under the condition of 10 km atmospheric visibility,the modulating retro-reflector system can realize the communication rate of 100 Mbps and communication distance of 2 km.%为了分析逆向调制激光通信系统中 OOK 调制方式下的误码率特性，在分析回波功率模型和误码率性能的基础上，利用 Optisystem 仿真软件建立了逆向调制激光通信链路。
