空间光网络技术李勇军课后参考答案

第一章概论1.简述空间信息网络的构成部分。1.空间段空间段是整个空间信息网络传输和交换的核心，不同的设计方案不仅决定了整个系统的复杂度，而且对系统的整体造价和运行管理费用有极大的影响。根据设计构想，空间段由卫星节点组成，其所完成的主要功能如下。(1)GEO卫星相对地面静止，覆盖范围大，GEO卫星间通过星间链路组成环路，构成一个常态化空间通信网络，保障地面终端、低空飞行器和低轨航天器通信服务需求。(2)根据任务需要，既可视情况增加发射其他类型的卫星(如IGSO卫星LEO卫星等),改善高纬度地区和极地区时空覆盖，又可作为快速响应通信节点的应用。2)运控段运控段的主要任务是维持各类空间平台的正常、可靠运行，为用户提供业务支持，满足各类用户的使用需求。初步设计，运控段主要由网络控制分系统、应用管理分系统、遥测遥控站(TT&C)和信关站组成。其中，网络控制分系统负责系统的工程测控、业务测控、平台位置预报、网络拓扑控制、路由生成、信关站资源分配及动态调度等;应用管理分系统负责通信组织和控制、资源调整、网络管理(如配置、故障、性能、安全等)、信息检索、统计分析、业务受理、用户管理等功能:遥测遥控站主要用于平台位置保持、空间平台设备状态监视，接收来自空间平台的遥测信息、发送遥控指令给空间平台等。信关站用于连接卫星和地面网络，主要由射频分系统、基带分系统组成，基带分系统包括卫尾调制解调器、接入服务网、web加速器、网络路由和安全系统等。3.用户段用户段包含满足各类用户使用需求的所用类型用户终端。2.简述天星地网的定义。天星地网是目前普遍采用的一种网络结构，包括INMARSAT、Itelsat、WGS等系统其特点是卫星之间不组网，而通过全球分布的地面网络实现整个系统的全球服务能力。在这种网络结构中，卫星只是透明转发通道，大部分处理都在地面完成，所以星上设备比较简单，技术复杂度低，系统可维护性好。3.简述子网包括哪几类？独立节点。独立节点分为单址和多址两种。单址指一个航天器只有一个网络地址，这类节点通常直接与主于网连接，目前大多数卫星属于此类。多址指一个航天器有多个网络地址，分系统或独立部件允许有自己的网络地址，如空间站。这类节点通常以子网的形式与主干网连接，航天器内部分系统的增减不影响其他系统的数据传输。星座子网和编队子网。星座子网和编队子网是指有星间链路的星座或卫星编队互连后构成的局域网。无星间链路的星座或卫星编队的卫星不构成子网，每颗卫星为独立节点。近距离无线网络。近距离无线网络是指由若干近距离航天器通过无线手段通信构成的网络。主干网只与执行该任务的一个或少数航天器之间建立链路。近距离无线网络主要在飞船的交会对接、月球或火星等轨道器与着陆器之间的释放与对接等环境下使用。4.简述“一带一路”空间信息走廊主要实现什么目标？1.天观地测，运筹帷幄。结合亚太空间合作组织多任务小卫星星座的建设，辅以地基观测与信息采集手段，建设面向“一带一路”的国际化遥感信息服务网络，提供覆盖“一带-路”战略决策的数据保障与咨询服务。2西进东拓，经略子午。拓展卫星通信节点，保障我国在“一带一路”通信干路传输和遥感信息的境外传输;建设覆盖“一带一路”沿线国家和地区的移动通信能力和手段，形成覆盖“一带一路”不间断的信息服务能力。3借力北斗，精耕细作。基于“一带一路”遥感信息获取能力和通信传输能力，结合导航定位与信息融合应用，积极推广北斗应用国际化，建设服务国家战略安全、产业推广、企业保驾护航的应用服务系统，支持战略目标区域和重大工程项目实施与运行的重要信息采集.分析和决策服务。5.简述目前空间信息网络的发展趋势。1.从技术特点来看，以微波链路为主的空间信息网络基本满足现有通信、导航、遥感和测控任务的需求，但从长远来看，受微波频率的限制，空间平台在处理速率、通信容量、抗干扰能力等方面存在的局限性使其难以满足未来空间信息网络向下支持对地观测的高动态、宽带实时传输，向上支持深空探测的超远程、大时延可靠传输的需求。从军事应用来看，随着空天信息化武器装备的高速发展，未来空天战场对天基信息的支援需求将急剧增加，这必将对空间信息网络的数据传输与分发能力提出更高的要求。若单纯依靠提升微波通信频段来提高传输速率，那么随着通信频段的提升、信道和天线波束数量的增加，空间平台有效载荷的复杂性必然剧增。由此看来，面向未来空间信息网络高动态、宽带实时、可靠传输的需求，微波链路的能力局限问题将会越来越凸显。方兴未艾的空间激光链路是另外一个选择。基于激光链路的空间光通信系统具有容量大、体积小、抗干扰能力强、保密性好等优势。为此，自20世纪90年代以来，以欧洲为代表的发达国家相继开展了高速、高可靠传输的点对点空间激光通信关键技术研究和星上演示验证，尤其近年来美国NASA先后成功实现了月球到地球、空间站到地球的激光通信链路，验证了空间激光通信的巨大潜力和技术可行性。我国也先后突破了一系列关键技术，并于2012年实现了低轨卫星对地激光通信链路的演示验证，为我国高速空间信息网络建设提供了一个新的途径。2.空间信息网络组网由单一功能向动态异构协同发展随着空间信息网络领域的不断拓展，种类繁多、功能各异的航天器及飞行器相继投入使用，纯粹依靠单一功能的空间节点进行组网和信息交互已经难以满足未来大数据量、高可靠性数据传输的要求。各类功能节点的优势互补、有效融合是构建空间信息网络的必要前提。选择合适的信息传输链路是实现异质节点和异构网络高效融合的关键。例如，GEO-GEO之间、LEO-GEO之间信息传输采用激光链路可以克服微波链路在功耗和体积方面的瓶颈，充分发挥空间光通信的优势。中低轨卫星、升空平台、飞机之间或其与GEO卫星间的信息交互可以根据业务需求采用激光链路或微波链路。航空骨干网的机间链路要求宽带宽、抗干扰和隐身能力。因此，具有低截获、高速、抗于扰通信特点的激光宽带数据链路就成为构建航空第二章空间信息网络协议1.简述CCSDS提出了数据链路协议子层协议。(1)TM空间数据链路协议。(2)TC空间数据链路协议。(3)AOS空间数据链路协议(4)Proximity-1空间数据链路协议TM、TC和AOS可利用SDLS协议，支持插入安全用户数据到传输的功能。然而，Proximity-1并没有安全性要求。SDLS协议为TM、TC和AOS提供安全服务，包括认证和加密，但只是可选项，并不强制。2.简述网络层的定义。CCSDS有2个网络层标准。(1)空间分组协议(SpacePacketProtocol)。(2)封装服务(Encapsulation)。空间分组协议产生协议数据单元(PDUs)，封装服务可将经CCSDS认证的PDUS封装为空间分组或封装分组，然后这些分组可利用CCSDS空间数据链路协议在一条空间数据链路上传输。基于IPoverCCSDS，CCSDS认证的Internet报文也可以利用CCSDS空间数据链路协议在空间数据链路上传输。3.简述应用层的定义。应用层为用户提供端到端的文件传输和数据压缩服务。CCSDS提出了5类应用层的协议(1)异步信息服务。(2)CFDP文件分发服务(3)无损数据压缩服务(4)图像数据压缩服务。(5)无损多光谱&超光谱图像压缩4.简述数据链路层的一般特征的定义。CCSD在数据链路层规定了四个协议，统称为空间数据链路协议，这些协议支持在空间数据链路上传输不同类型的数据，其基本功能是传输称为分组的可变长度数据单元，4个协议分别如下。(1)TM空间数据链路协议(2)TC空间数据链路协议。(3)AOS空间数据链路协议。(4)Proximity-1空间数据链路协议。5.简述高效的数据传输的定义。TC空间数据链路协议支持多个用户业务在一个空间数据链路上传输多个业务数据单元。该协议的主要功能包括:D对业务数据单元进行分段和分块，2对业务数据单元进行传输控制空间数据链路的各类噪声会造成数据传输差错，通过把长业务数据单元分解为多个短的小块，每小块业务数据单元比长业务数据单元具有更小的错误传输概率。当接收方检测到错误时，仅需重传小块业务数据单元，可极大地提高系统吞吐效率。另外，也存在业务数据单元较短的情况，为了有效传输业务数据单元，通常把多个短业务数据单元合并成长业务数据单元。TC空间数据链路协议具有把长业务数据单元分成短业务数据单元和把短业务数据单元合并成长业务数据单元的能力，分别称为分段和组合。通过数据的重传，确保数据按顺序到达且无缺漏和重复，TC空间数据链路协议控制业务数据单元的传输。这个功能可通过自动重传控制机制(通信操作程序，COP)提供。另外用于深空链路的系统重传机制可以由同步和信道编码子层提供。第三章空间ATP技术1.ATP系统由哪几部分组成?卫星光通信中的ATP系统一般采用复合控制系统结构，它可分为以下几个部分:粗瞄准机构，精瞄准机构、预瞄准机构、传感器等。2.简述ATP系统的工作原理。收发天线接收到的信标光入射在探测器的光敏面上，粗跟踪探测器获取的信号经过误差信号提取电路提取出误差信号，将误差信号送入计算机处理，控制计算机以控制伺服系统驱动光学天线，使光学天线对准信标光方向，然后进行精定位。3.空间光通信捕获的基本原理。空间捕获要求将接收透镜瞄准在光场到达的方向上，其必须根据光束的到达角度调节光阑平面的法向量。通常调节到某一精度以内就认为是可以接收的，即到达角可以位于法向量发出的一个立体角内。这一可以接收的角度成为捕获过程的分辨角(或分辨束宽)，在后面的讨论中用..标记。显然，最小的分辨角为衍射极限视场，但在实际设计时所希望的分辨角通常要更大一些，这样可以使光源的很多模式进入，并对对准误差和其他不定因素进行补偿分辨角作为一个设计指标，其数值在后面分析中起着重要的作用。捕获分为单向和双向两种过程。单向捕获如图3-3所示。位于某一点的单个发送机向位于另一点上的单个接收机发送，如果已经达到满意的对准(或等价为发送机束宽覆盖了对准误差)，则光束将照亮接收机所在的点。在某些不确定性下，接收机知道发送机方向位于从接收机位置定义的立体角2内，接收机希望其天线与到达光场的垂直度在某一预先设定的分辨角2内，即希望其天线法向量指向发送机视线矢量上.球面弧度之内，通常，因此接收机必须在不确定角度上进行捕获搜索，从而使发送机位于所希望的分辨角之内。4.阵列顺序扫描和固定阵列顺序搜索的特点是什么?一次扫描阵列搜索的困难之处在于所达到的分辨角通常比所期望的要大,除非采用相当大的S。不过这可以通过反复进行阵列搜索直到达到所期望的分辨角改善，而同一阵列进行的顺序搜索成为顺序捕获。采用一个固定的探测器阵列，并连续地调节视场即可实现顺序空间搜索，从而以所期望的分辨角找到光束。在搜索的每个步骤上，视场都被阵列分割成许多扇形的区域，并进行并行判决，以决定哪个扇区观察到了光束。然后视场被缩小(放大率增加)到决定的扇区，并重新进行并行判决。因此，最终所达到的分辨角依赖测试重复的次数。不过整个操作受到接收机透镜系统所允许的放大率范围，即接收机“变焦”范围的限制。简述发射捕获协议的三个阶段。第一阶段，起始方用椭圆光束进行光栅扫描，允许接收方判断起始方的方位和身份。第二阶段，接收方向起始方发射一窄圆光束，允许起始方判决接收方的方位和身份。第三阶段，捕获结束，数据传输开始。简述空间光束跟踪的原理。在完成对准和空间捕获之后，不管是否存在光束漂移和发送机一接收机相对运动，都将面临发送机光束保持在探测器表面区域上的问题。这种将接收机光阑相对于到达光场保持正确定向的操作要求进行空间跟踪。这种跟踪是通过即时产生误差电压对光学硬件进行连续地重新调节实现的。在入射光束被成功地捕获之后，定向光场应聚焦到捕获阵列的中心，这一中心是被共轴地校准到跟踪子系统的位置误差传感器上的。捕获闽值使阵列处理不再进行，并使聚焦到中心的光束能够用于跟踪操作。当视线光束移动或接收机平台抖动而使聚焦光束移离中心时，跟踪子系统即可产生误差信号。跟踪子系统通常使用两个(方位角和仰角)分离的闭环，如图3-20所示。通过位置误差传感器可以即时地决定方位角和仰角坐标上的跟踪误差，并产生误差信号。然后将误差信号用于接收机透镜的对准轴控制。通常用分离的伺服环路对方位角和仰角分别进行控制，控制环路采用相同的动力学模型。典型的环路控制函数为相同类型的低通积分滤波器形式，它使误差信号可以平滑地进行位置控制。滤波器带宽必须足够宽，以使跟踪环路能够跟随所预期的光束移动，同时使环路内的噪声效应最小化。瞄准误差是由哪些因素引起的?第一个主要因素是不能精确所期望的方向。参照系的误差导致视线方向的不确定性，对准只能在基本坐标系建立的精度内进行。通常，坐标系是根据某一已知的恒尾或其他天体定位的，在这种情况下，对参照系的运动采取补偿措施是非常重要的。一般来说，这种运动并不是精确已知的。除了实际参考轴的运动，还存在一种表观运动(例如，由于地球从其轨道的一边移动到另一边导致的恒星视差移动)。参照系的误差直接转化为对准过程中视线方向的误差。对准误差的第二个主要因素是由实际对准误差引起的。通常，望远镜或透镜系统通过电子或机械连接，由远程传感器操作进行对准。应力、噪声、安装结构等因素在这一机械系纷中造成的误差将使光束不能精确地对准。这种误差称为瞄准误差。第三个主要因素是不能够精确地补偿发送机和接收机的运动。只要二者之间有一个是运动的就会出现这种情况，或者它也可以由地球的转动或定点卫星的往复运动引起。当我们试图用系统动力学方程预言这种运动时，系数的误差将直接导致对准误差。此外，通过相移或多普勒频移跟踪对位置和速度的实际测量也由于系统噪声而包含内在的误差。在处理包含大气的空间传输链路时，地球表面的大气层是引起对准误差的第四个主要因素。除损耗(吸收)和散射之外，由于湍流、云和热梯度引起的光束漂移和扩展将严重地影响对准。第四章空间光调制发射技术1.对光进行外调制有哪些典型方式?光外调制是在激光谐振腔外的光路上放置调制器，将待传输的信号加载到调制器上，于是，当激光通过调制器时，激光的某一参量（强度、位相、频率等）将发生变化，从而实现调制。

外调制方式有电光调制、声光调制、磁光调制。什么是电光晶体的半波电压?半波电压由晶体的哪些参数决定?当光波的两个垂直分量Ex，Ey的光程差为半个波长（相应的相位差为）时所需要加的电压，称为半波电压。

纵向应用时由光波长、线性电光系数、晶体主折射率等参数决定。

横向应用，在略去自然双折射影响的情形下，由光波波长、线性电光系数、晶体主折射率等参数以及晶体长度和宽度决定。简述电光衍射与声光衍射发生的物理机制。(1)p>103入，几何光学光束条件在大部分场点满足，光按直线传播。衍射很不明显，只在几何投影边缘区有较明显的衍射。(2)pe103入]几何光学光束条件不满足，衍射很显著出现丰富的衍射图样。(3)p<入行射效应极端强烈，过渡到光的散射Scattering)。衍射图样趋于消失光的衍射通常分为两类，一类是菲涅尔衍射，一类是夫琅费行射。菲涅尔衍射指障碍物与光源和衍射图样的距离分别为有限远的情况。夫琅禾费衍射指障碍物与光源和衍射图样的距离均为无限远的情况亦即入射光和行射光都是平行光束也称平行光束的行射。在电光调制器中，为了得到线性调制，在调制器中插入一个24波片，波片的轴向如何设置最好?若旋转2/4波片，那么它所提供的直流偏置有何变化?快慢轴与晶体的主轴x成45角（与X'由平行）如果一个纵向电光调制器没有起偏器，那么入射的自然光能否得到光强度调制?为什么?不能得到强度调制。因为自然光偏振方向是任意的。自然光通过电光调制器后,不能形成固定相位差。简述磁光偏转与天然双折射之间的区别。天然旋光效应与磁光效应的本质区别在于：光束返回通过天然旋光介质时，旋转角度与正向入射时相反，因而往返通过介质的总效果是偏转角为零；而由于磁致旋光方向与磁场方向有关，而与光的传播方向无关，因而光往返通过法拉第旋光物质时，偏转角度增加一倍。什么现象称为物质的旋光现象?磁光效应和电光效应的内容是什么?偏振光通过某些晶体或物质的溶液时,其振动面以光的传播方向为轴线发生旋转的现象,称为旋光现象。在外界强电场的作用下，某些本来是各向同性的介质会产生双折射现象，而本来具有双折射现象的晶体，其双折射性质也会发生变化。磁光效应开放分类：化学、物理磁光效应英文名称：Magneto-opticaleffect磁光效应是指处于磁化状态的物质与光之间发生相互作用而引起的各种光学现象.包括法拉第效应、克尔磁光效应、塞曼效应和科顿-穆顿效应等.这些...什么是声光调制?分为哪几种类型?其判断依据是什么?声光调制技术是利用机械波和电磁波（光）相互作用原理，使激光光束被调制，通过控制以达到开关调制或强度调制的目的。

机械波在介质中传播时,使介质产生弹性形变，引起介质的密度呈疏密相间的交替分布，因此，介质的折射率也随之发生相应的周期性变化，这如同一个光学“相位光栅”（phasegrating），光栅常数等于机械波波长λ当光波通过此介质时，会产生光的衍射，衍射光的强度、频率、方向等都随波场的变化而变化。按照机械波波长的长短以及机械波和光波作用长度的不同，相互作用分为拉曼-奈斯（Raman-Nath）衍射和布拉格衍射两种类型。当激光光束进入调制器后，如果入射角满足布拉格衍射条件，即入角等于布拉格角时，通过调制器后的激光束将产生一级光衍射。但这里有一个前提，此必须在换能器上加入超高频电压，使介质内产生机械波，否则衍射是不存在的，当然也不存在一级光了。因此，可利用换能器上机械波电压来控制一级衍射光。这样就可以实电一光的转换，即由调制器的开关进行调制。这种转换与激光技术相结合，可以用于各种测试、控制、输出设备及仪器中。第五章空间激光信道传输模型1.光链路在OOK、BPSK、PPM三种调制方式下的误码率为多少?空间激光信道有哪些?主要影响空间信道参数的指标有哪些?根据航空激光通信定义可知，通信链路至少有一个终端在大气环境中移动，而终端孔径周围的气流影响会给激光传输带来极大挑战。由于接收终端在飞机上的安装位置、飞行高度、安装类型及接收孔径大小不同，气流对激光传输影响也随之发生变化，目前针对飞机平台周围气流变化及扰动造成的折射率变化的研究已引起极大关注。终端孔径周围流场被称为附面层，研究附面层对激光信号传输影响的理论为气动光学理论。与大气湍流影响相比，气动光学理论在影响方式、接收孔径尺寸、描述模型上均不同。特别地，气动光学理论作用于接收孔径附近，而大气湍流作用于千米量级的传播路径。高速飞行的航空节点周围的附面层一般为靠近机身几厘米处，可以通过薄相位屏进行建模利用折射率结构函数的Kolmogorov谱模型以及折射率结构常量Cer可对相位屏进行准确描述。3简述分析Gamma-Gamma衰落下航空平台激光通信链路性能。第六章空间激光接收检测方法1.简述2种主要的光电探测方式的原理?一种基本工作原理是光电敏感效应原理。在光电传感器中，我们常常使用光敏器件来感受和转换光信号。光敏器件是一种能够将光信号转化为电信号的电子器件。它包括光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管等。当光信号照射到光敏器件上时，器件内部的光敏材料会发生光电效应，产生电流或电压信号。通过测量这个信号的强度和变化，我们就可以获得光信号的相关信息。另一种基本工作原理是光电反射原理。在一些特殊的应用中，我们需要根据物体的反射光来进行光电检测。这时，我们使用光电传感器中的光源和光敏器件来实现对物体反射光的检测。光源会发射一束光，当物体处于光源的照射范围内时，它会反射部分光到光敏器件上。光敏器件会感应到这个反射光，并将其转化为电信号。通过对这个电信号的测量和分析，我们可以得到物体的特征和状态信息。光电探测器类型有哪些?简要分析典型光电探测器的工作原理。1、光导型：又称光敏电阻。入射光子激发均匀半导体中的价带电子越过禁带进入导带并在价带留下空穴，引起电导增加，为本征光电导。从禁带中的杂质能级也可激发光生载流子进入导带或价带，为杂质光电导。截止波长由杂质电离能决定。量子效率低于本征光导，而且要求更低的工作温度。2、光伏型：主要是p－n结的光生伏特效应。能量大于禁带宽度的红外光子在结区及其附近激发电子空穴对。存在的结电场使空穴进入p区，电子进入n区，两部分出现电位差。外电路就有电压或电流信号。与光导探测器比较，光伏探测器背影限探测率大于40％；不需要外加偏置电场和负载电阻，不消耗功率，有高的阻抗。这些特性给制备和使用焦平面阵列带来很大好处。3、光发射－Schottky势垒探测器：金属和半导体接触，典型的有PtSi/Si结构，形成Schottky势垒，红外光子透过Si层为PtSi吸收，电子获得能量跃上Fermi能级，留下空穴越过势垒进入Si衬底，PtSi层的电子被收集，完成红外探测。充分利用Si集成技术，便于制作，具有成本低、均匀性好等优势，可做成大规模1024×1024甚至更大、焦平面阵列来弥补量子效率低的缺陷。有严格的低温要求。用这类探测器，国内外已生产出具有像质良好的热像仪。PtSi/Si结构FPA是早制成的IRFPA。4、量子阱探测器QWIP：将两种半导体材料A和B用人工方法薄层交替生长形成超晶格，在其界面，能带有突变。电子和空穴被限制在低势能阱A层内，能量量子化，称为量子阱。利用量子阱中能级电子跃迁原理可以做红外探测器。90年代以来发展很快，已有512×512、640×480规模的QWIPGaAs/AlGaAs焦平面制成相应的热像仪诞生。因为入射辐射中只有垂直于超晶格生长面的电极化矢量起作用，光子利用率低；量子阱中基态电子浓度受掺杂限制，量子效率不高；响应光谱区窄；低温要求苛刻。人们正深入研究努力加以改进，可望与碲镉汞探测器一争高低。简述分析Gamma-Gamma衰落下航空平台激光通信链路性能。略。光锁相环的工作原理?简述典型光锁相环的特点。光学锁相环（opticalphaselockloop）是一种通过信号相位反馈控制激光器输出信号频率的系统，使从激光器跟踪主激光器的频率，与主激光器频率的变化保持一致，从而实现恒定的输出信号频率差。(1)良好的窄带特性:当环路处于锁定状态时，鉴相器输出的误差电压Ud(t)是一个能顺利通过环路滤波器的直流电压，如果此时输入信号中有干扰成分，则干扰信号与VCO的输出信号在鉴相器PD中比较所形成的误养电压受到环路演波器的抑制(外干低通的通频带外)，于是VCO的输出信号中的干扰成分大为减少，此时环路相当于一个滤除噪声的高频窄带滤波器，其通频带可以做得很窄，如在几十兆赫兹至几百兆赫兹的中心频率上实现几赫兹至几十赫兹的窄带波。这种窄带浪派特性是LC，RC、石英晶体等滤波器很难达到的。(2)锁定后没有频差:在环路处于锁定状态时，环路的输出信号和输入信号的频率相等，没有剩余频差，只有剩余相位差。它比AFC系统更好地实现了频率控制，因而在自动频率控制、频率合等技术方面获得了广泛的应用。(3)自动跟踪特性:一个已经处于锁定状态的环路，当输入信号的频率稍有变化时，VCO的频率立即发生相应的变化，使输出频率与输入频率接近并最终达到相等。有时环路虽未达到锁定状态，经过自身的调节作用可以捕捉到输入信号并最终锁定.(4)易于集成化:组成锁相环路的基本部件都易于采用集成电路，随着集成技术的发展，整人环路包括一些放大元件、控制元件等均可集成在1块芯片上，目前常用的主要有L562，L565，L564，CD4046等集成锁相环。集成化可以减小设备体积、降低成本、提高设备的可靠性和稳定性，大大提高整机性能。在空间光通信的接收检测方法中，强度调制直接检测和相位调制相于检测的区别及应用场景。与强度调制—直接检测系统不同,相干光纤通新系统在光接收机中增加了外差或零差接收所需的本地振荡光源,这光源输出的光波与接收到的已调光波在满足波前匹配和偏振匹配的条件下,进行光电混频。混频后输出的信号光波场强和本振光波场强之和的平方成正比,从中可选出本振光波与信号光波的差频信号。由于该差频信号的变化规律与信号光波的变化规律相同,而不像直接检波通信方式那样.检测电流只反映光波的强度,因而,可以实现幅度、频率、相位和偏振等各种调制方式。第七章星间激光通信数据封装方法1.简述空间信息的特点?空间信息的特点，一是业务种类较多。从服务角度来看，业务种类包括中继业务、通信业务和测控业务:从应用角度来看，业务种类包括话音业务、数据业务、图像业务及视频业务。二是链路种类较多。各频段微波链路、激光链路等多种链路承载的信息之间难以通过单一处理技术完成相互交互。三是信息颗粒度不均衡。大粒度骨干信息/接入信息、中粒度汇聚信息、小粒度灵活接入信息，多粒度信息同时传输与分发难度大。四是大时空尺度下信息分布不均匀。在时间、区域两个维度上，信息呈稀疏分布，难以充分利用空间信息资源。因此需要对不同频段、不同格式、不同制式及不同速率的数据进行统一管理，采用高效的数据封装方法，整合多种类型数据，保证数据在空间光网络具有相同的格式与速率，从而有效减少链路开销，提高管理效率。目前已有空间传输协议无法实现对复杂业务数据格式的统一封装并且由于未来空间数据的指数性增长，其帧结构无法满足数据的传输处理需求。因此，为实现空间光网络的高效数据转发与路由选择，星上数据封装方法与帧结构设计成为空间光网络取待解决的问题。2.简述TC帧结构的定义。TC的任务是从地面站向飞行器发送控制命令。TC的封装过程为:将上层协议的数据装入数据域，并在数据域前后添加5字节的头与2字节的差错控制域，头中包含传输版本号、航天器标识、虚拟信道识别和帧长等信息字段，差错控制域用于提高数据传输的可靠性。TC帧的长度可变，最大不超过1024字节，采用低速率上行链路，支持的自动重发请求。顿的路由选择基于64个虚拟信道，可传输CCSDS空间包、SCPS-NP包、插入封装包其结构如图7-2所示。3.简述帧头设计有哪些功能？(1)区分在传输的数据类型，通过帧版本号判断帧所属协议(2)依据飞行器标识传输给对应的目标飞行器，长度为14比特，可支持对16384个飞行器的目标传输。(3)通过优先级判断帧的重要程度，以便接收方确定帧的处理顺序。(4)虚拟信道标识与虚拟信道计数的主要目的是存储数据包在处理与复用过程中对应的虚拟信道信息，以便在接收到帧后迅速恢复为原始数据包。(5)DTF标识用来判断顿中是否存在DTF。(6)帧长为16比特，其作用是储存可变的长度，最长可达65536。(7)OCF标识用来判断中是否存在OCF。(8)头差错控制域保证帧头数据的可靠传输。DTF的作用为提升长传输时延下传输的性能。传输数据域由数据类型、数据流标识虚拟信道子层标识、虚拟信道子层计数、指针域与虚拟信道数据域构成。其中，虚拟信道头存储虚拟信道数据的主要特征，便于后续的数据处理:指针域的主要功能为实现顿的自适应定时同步与调整:虚拟信道数据域存储需要传输的业务。操作控制域用于减少卫星高速率传输链路中操作的次数，提高服务质量。纠错域用于降低在空间光网络帧传输过程中的误码率控制数据传输差错。4.简述LIAU数据处理过程有哪些？(1)两个数据流被独立地封装进LIAU序列。(2LIAU帧被标记为源地址，头部分有个区域用于区分两个数据源和空闲顿，便于源数据的重建。(3)两个LIAU序列进行多路复用，并将空闲插入其中，以将数据速率提高至600Mbps，作为激光通信终端的输入。(4即使在两个数据源都不产生数据的情况下，LIAU也能通过产生更多的空闲帧，连续不断地产生600Mbps的数据流。5.简述LIAU结构的定义。LIAU主要对源数据进行编码、封装，形成相应的帧结构，使传输的数据顿具有数据源识别、同步及有效的检错纠错能力，以提高ICT之间通信的有效性和可靠性，为数据的电光转换和激光传输做准备。输入/输出参照节点分别为A和C(见图7-21)。该单元有两个280Mbps的数据源CH和CH。通常每个大存储器与LIAU都有两个接口，一个是正常的，一个是元余部分的。第八章星座设计方法1.简述在选择轨道高度时需要考虑什么因素?(1)地球大气层的影响。若轨道高度选择较低，则大气层上部的氧原子将对卫星星体材料构成严重的威胁，直接影响卫星的寿命。同时存在大气阻力，特别是当轨道高度低于700km时，大气阻力严重影响轨道参数，缩短卫星寿命:当轨道高度大于1000km时，才可以忽略大气阻力对卫星寿命的影响。(2)辐射带的影响。在距离地球表面高度1500~5000km和13000~20000km范围内，存在着由带电粒子组成的高能粒子带，即辐射带。辐射带的电磁辐射对卫星星体材料和星上设备构成了严重的威胁，卫星的轨道高度一般要远离这个范围，否则会对卫星进行抗辐射加固，增加卫星的设计复杂度和成本。因此，轨道高度应尽量避免选在辐射带中，使卫星在设计的寿命期间可以正常工作。基于以上两点，一般选择的卫星轨道高度有三个窗口，1000km上下、10000km上下和20000km以上。例如ridium系统的高度为780km辐射带及典型卫星星的轨道分布如图8-4所示。(3)周期因素。为了便于卫星在运行过程中的跟踪定位，以及简化星座对地面覆盖的控制，卫星周期应尽量与恒星日成正比，使卫星每隔一天或数天在同一时刻通过同一地点的上空。因为卫星运行周期是轨道高度的函数，所以在轨道选择高度时必须考虑周期因素。(4)空间碎片。四十多年来，人类进行的空间发射超过4000次，目前可被地面观测设备观测并测定其轨道的空间物体超过9000多个，其中只有6%是仍在工作的航天器，其余都是被称为太空垃圾的空间碎片。空间碎片按尺寸大小可分为:@直径大于10cm的大碎片，基本上可由地面光学望远镜和雷达等常规性仪器探测追踪并予以编目;@直径介于1至10cm之间的中尺度碎片,一般很难追踪和分类，但这类碎片有可能引起灾难性的事件，一般称为危险碎片:3直径小于1cm的碎片，称为微碎片或小碎片，碎片越小，数量越多。随着航天事业的发展，空间碎片与日俱增，滞空时间相当漫长，碎片之间相互碰撞或爆炸又会产生新的、体积更小的空间碎片。2.简述空间碎片的主要来源有哪些？1.失效的航天器2.不再工作的火箭箭体3.卫星在发射或工作时抛弃的物体。4.空间物体爆炸或碰撞生成的碎片。5.从飞行器表面脱落的物质，如涂层等泄漏的物质，如核能源的冷却剂等6.固体火箭工作时喷出的固体颗粒等3.简述卫星的分类有哪些？(1)低轨道卫星:h<5000km，周期小于4小时，称为LEO(LowEarthOrbit)卫星(2)中轨道卫星:5000km<hmax20000km周期T约为8.12小时，称为MEO(MedialEarthOrbit)卫星。(3)高轨道卫星:h20000km，周期T大于12小时若按轨道倾角i的大小分，卫星可分为三类。(1)赤道轨道卫星:i=0°，轨道平面与赤道平面重合。(2)极轨道卫星:i=90°，轨道平面穿过地球的南北两极，即与赤道平面垂直。(3)倾斜轨道卫星:0°<i<90°，轨道平面倾斜于赤道平面。若按卫星的运转周期，卫星通常又可分为如下类型。(1)同步卫星:运转周期T=24N恒星时，轨道的半长轴a=42164.6km。(2)准同步卫星:T=24/N或24N恒星时(N=2，3，4，5，···)。(3)非同步卫星:T+24N或24/N、24N恒星。4.简述对地斤止卫星的主要优点有哪些？1.地球站天线易于保持对准卫星，不需要复杂的跟踪系统。2通信连续，不必频繁更换卫星。3多普勒频移可忽略。4对地面的视区面积和通信覆盖区面积大，自然对地静止轨道上的一颗卫星可覆盖全球面积的42.4%，便于实施广播和多址联结。5.轨道的绝大部分在自由空间中，工作稳定，通信质量高。主要缺点是:卫星的发射和在轨监控的技术复杂;传输损耗和传输时延都很大(人工低高度对地静止轨道能有效克服);两极附近有盲区;有中断和星蚀现象:自然对地静止轨道只有一条，能容纳的卫星数量有限;在战时易受敌方干扰和摧毁。对地非静止卫星的优缺点大体与此相反。各条轨道上的空间光网络具有各自的优点，但其固有的缺陷限制了进一步的应用。因此，综合各类卫星的优势建立多层空间光网络以获得更佳的传输质量、传输速率显得非常必要。5.简述针对圆轨道的卫星星座参数主要有哪几个？1星座的卫星数量。2星座的轨道平面数量。3星座的轨道平面的倾角。4不同轨道平面的相对间隔。5每个轨道平面拥有的卫星数。6同一轨道平面内卫星的相对相位。7相邻轨道平面内星的相对相位。8每颗卫星的轨道高度。星座参数选择是否最优，主要通过覆盖分析及链路连通性分析进行比较，选择最优的星座。对上述星座参数性能的分析，可以采用专用的卫星通信工具STK仿真软件进行。第九章星上激光/微波混合交换技术1.简述空间信息网络最突出的特征是什么?网络结构时变、网络行为复杂和网络资源受限。2.简述空间信息网络异构信息特点是什么？一是业务种类较多。从服务角度来看，业务种类包括中继业务、通信业务和测控业务;从应用角度来看，业务种类包括话音业务、数据业务、图像业务及视频业务。多种业务仅靠单一信息传输与分发技术难以支持。二是链路种类较多。各频段微波链路、激光链路等多种链路承载的信息之间难以通过单一处理技术完成相互交互。三是信息颗粒度不均衡。大粒度骨干/接入信息、中粒度汇聚信息、小粒度灵活接入信息、多粒度信息同时传输与分发难度大。四是大时空尺度下信息分布不均匀。在时间、区域两个维度上，信息呈稀疏分布，难以充分利用空间信息资源。因此空间信息网络只有实现深度融合的混合交换，才能充分发挥其在时间和空间上众多独有的优势，为各类用户提供高效服务。3.简述星上MPLS技术与ATM和TP技术相比特点是什么？1扩展了路由协议。2简化了网络管理，无论是分组还是ATM信元，MPLS都采用通用的方法来寻找路由，转发数据，允许使用已有的方法实现流量工程、QoS路由等。4.简述OBS网络的主要特点是什么？1交换粒度中等。BDP由多个分组组装而成，粒度介于单个分组和波长之间。与OPS相比，OBS具有较低的控制开销。2相比OCS，BS中数据信道可统计复用，能有效地利用链路带宽。3使用带外信令方式，中间节点只对BCP进行O/E/0，降低了对光器件的要求;BDP在光域直通，消除了电子瓶颈导致的带宽扩展困难问题。4单向资源预留可大大降低端到端时延。5可支持业务OS要求。5.简述星载光交换组装算法设计时主要考虑的问题是什么？1业务种类多，S要求不一致。有的业务对时延敏感，有的业务对丢包率敏感，针对这些需求，在设计系统时需要系统地、折中地考虑交换和调度方法。2星上资源有限，算法复杂度不能太高，否则会耗费大量能源，导致卫星寿命降低。3通信时间受限，对通信链路的利用率要求较高。空间光网络的通信时间受到卫星间相对运动的影响不能随时建立连接，通信时间受到一定的限制，且卫星间距离遥远，通信质量受到影响，这就对通信期间光链路的利用率要求较高。4光纤延迟线缓存时间有限，性能有限，故星上不可能携带大量光纤延迟线。第十章空间光网络路由与波长分配算法1.简述HSRP有什么特点?(1)动态性，该协议通过空间光网络现有状态信息推算下个时刻的空间光网络状态、拓扑和信息的可到达性，并自动适应空间光网络的变化。(2)该协议选择的路由能满足OoS各参数的要求，如带宽、时延和时延抖动等(3)该协议采用一系列机制使空间光网络能自行升级、扩容，满足日益增长的通信容量需求，适用于多层的大型空间光网络。2.简述多层空间光网络路由算法的定义？在多层卫星路由算法(MultilayeredSatelliteRoutingAlgorithm，MLSR)中，星载路由表通过不断更新反映空间光网络的拓扑和业务负载的变化，并及时形成路由协议。多层空间光网络结构是目前研究非常多的网络结构，具有分层、分级结构和分布式的特点，结构灵活、