Deep Space Optical Communications pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:John Wiley & Sons Inc

作者:Hemmati, Hamid 编

出品人:

页数:736

译者:

出版时间:2006-4

价格:1574.48

装帧:HRD

isbn号码:9780470040027

丛书系列:

图书标签:

光通信
深空通信
光学通信
自由空间光通信
激光通信
空间技术
通信工程
信息技术
前沿技术
航空航天

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具体描述

A quarter century of research into deep space and near Earth optical communications

This book captures a quarter century of research and development in deep space optical communications from the Jet Propulsion Laboratory (JPL). Additionally, it presents findings from other optical communications research groups from around the world for a full perspective. Readers are brought up to date with the latest developments in optical communications technology, as well as the state of the art in component and subsystem technologies, fundamental limitations, and approaches to develop and fully exploit new technologies.

The book explores the unique requirements and technologies for deep space optical communications, including:

* Technology overview; link and system design drivers

* Atmospheric transmission, propagation, and reception issues

* Flight and ground terminal architecture and subsystems

* Future prospects and applications, including navigational tracking and light science

This is the first book to specifically address deep space optical communications. With an increasing demand for data from planetary spacecraft and other sources, it is essential reading for all optical communications, telecommunications, and system engineers, as well as technical managers in the aerospace industry. It is also recommended for graduate students interested in deep space communications.

宇宙深空光通信：跨越星际的信息脉动概述《宇宙深空光通信》是一部专注于探索和阐述在行星际乃至恒星际尺度上，利用光学技术实现高效、可靠信息传输的综合性著作。本书深入剖析了光通信技术在极端空间环境下的应用潜力、面临的挑战以及前沿的解决方案。全书内容旨在为空间任务规划者、通信工程师、天文学家以及对未来星际探索抱有热忱的研究人员提供一份详尽的技术蓝图和理论基础。本书的结构严谨，内容涵盖从基础原理到尖端技术的完整链条。它不仅回顾了电磁波通信的传统瓶颈，更着重阐述了激光通信（Optical Communication）作为下一代深空通信手段的必然性与优越性。第一部分：深空通信的挑战与光通信的崛起第一章：传统无线电通信的极限本章首先回顾了自二十世纪中叶以来，深空探测任务所依赖的射频（RF）通信系统。详细分析了射频通信在面对日益增长的数据量需求（如高分辨率成像、实时遥测）时所暴露出的频谱拥堵、天线尺寸受限以及功率效率低下的问题。通过对比不同星际距离下的信噪比（SNR）变化曲线，量化了传统通信方式在木星、土星乃至更远任务中带宽受到的严重制约。第二章：光通信的基本原理与优势光通信，特别是激光通信，被确立为克服射频限制的关键技术。本章详细介绍了激光作为载波的物理特性，包括其极高的频率、窄带宽、高准直性（低发散角）和潜在的极高数据传输速率。深入讨论了光波与射频波在自由空间传播中的对比，特别是光束在长距离传输中的聚焦能力如何有效弥补了发射功率的不足。重点分析了不同波长窗口（如近红外、可见光）在大气层穿透和空间背景噪声抑制方面的特性差异。第三章：深空信道建模构建精确的信道模型是设计高效通信系统的基础。本章将深空光通信信道解构为几个关键组成部分： 1. 发射端特性：激光器的稳定性、调制带宽、指向精度要求。 2. 传播介质衰减：重点分析了太阳光照、行星大气（如行星际尘埃云、系内行星大气）对光信号的影响，并引入了蒙特卡洛模拟在预测长期衰减中的应用。 3. 接收端挑战：接收望远镜的口径限制、光电探测器的量子效率（QE）以及暗电流对微弱信号捕获的影响。第二部分：关键技术与系统设计第四章：高效率激光源与调制技术本章聚焦于系统的心脏——激光器。详细比较了固态激光器（SSL）、光纤激光器以及半导体激光器在深空应用中的优劣。讨论了如何通过提高激光器的边模抑制比（SMSR）和频率稳定性来优化通信性能。在调制方面，系统性地介绍了直接强度调制（OOK）、相干调制（PSK/QAM）以及脉冲位置调制（PPM）在深空环境下的适用性。特别强调了在极低光子数预算下，PPM的抗干扰能力和接收机设计中的关键考量。第五章：指向、捕获与跟踪（Acquisition, Pointing, and Tracking, APT）这是深空光通信中最具挑战性的一环。由于光束发散角极小，地面站和星上设备之间必须实现亚微弧度甚至纳弧度级别的精确对准。本章详述了多阶段APT流程： 1. 粗略捕获：利用大视场传感器确定大致方位。 2. 精细跟踪：引入了波前整形技术和二维快速扫描镜（MEMS或挠动平台）实现高频次的误差反馈。 3. 自适应光学补偿：讨论了在穿越行星光晕或尘埃区时，实时补偿光束畸变的必要性。第六章：先进接收机与数据处理本章深入探讨了接收端的技术细节。重点介绍了超低噪声雪崩光电二极管（APD）和单光子探测器（SPAD）在深空弱信号接收中的应用。阐述了如何设计高效的数字信号处理（DSP）算法来应对信道中的突发错误和时间抖动，包括前向纠错（FEC）编码方案（如Turbo码、LDPC码）在光通信中的优化，以在保持低误码率的同时最小化编码带来的延迟。第三部分：任务应用与未来展望第七章：地月空间与近地任务应用分析了激光通信在地月往返任务中的实际部署案例（如LRO、Artemis计划中的潜在应用）。本章侧重于演示在相对较短距离内，激光通信如何实现百Gbps量级的数据下传，并讨论了地球大气层对激光链路的窗口限制和天气影响的规避策略，例如高空平台或低轨道卫星的接入节点。第八章：行星际通信网络构架本书的重点部分，探讨了如何构建覆盖太阳系内部和外部的永久性光通信骨干网。详细讨论了“星间激光中继站”的概念，即在火星轨道或小行星带部署具备高功率发射和高灵敏度接收能力的节点，实现信息的高速转发。对“太阳帆推进探测器”搭载的微型光通信系统进行了专题研究，强调了小型化、低功耗设计的重要性。第九章：星际通信的理论边界与前沿探索展望未来，本章触及了理论物理与工程学的交叉领域。讨论了是否有可能利用高能激光脉冲实现真正的恒星际信息传输。探讨了量子通信在深空环境下的可行性，例如利用纠缠光子对进行安全密钥分发。最后，对未来几十年内，光通信系统在实现人类对系外行星实时数据回传方面，可能达到的技术成熟度进行了审慎评估。结论《宇宙深空光通信》通过系统性的理论分析和前沿技术综述，清晰地勾勒出一条从地球到遥远星系的“光速信息高速公路”的构建路径。它不仅是工程技术的指南，更是对人类探索未知世界决心和能力的深刻体现。