近年来，随着卫星互联网概念的兴起，星间骨干网络对于数据传输容量的需求暴增。传统的微波星间通信技术存在损耗大、载波频率低等问题，同时受限于卫星平台的重量和功耗等资源，不能满足应用需求。空间激光通信技术具有体积小、重量轻、功耗低等优点，是星间通信的重要技术。空间相干激光通信技术与非相干探测通信技术相比，可以获得更高的探测灵敏度，具备全天时工作能力。 本书从空间相干激光通信背景出发，系统阐述激光通信系统的体系结构、链路预算、光跟瞄等内容。通过本书，读者可以系统地了解空间相干激光通信技术的基本原理和核心关键技术，另外，本书对于激光通信的系统设计具有重要的参考价值。本书是作者近年来在空间相干激光通信技术领域的研究总结，适合激光通信、激光测量和信号处理等相关领域的科技人员参考使用，也可以作为高等院校相关专业的教学和研究资料。

第 1章 空间激光通信的现状及趋势001 1.1 空间激光通信技术001 1.2 空间激光通信国内外发展现状001 1.2.1 欧洲002 1.2.2 美国008 1.2.3 日本014 1.2.4 中国018 1.3 空间激光通信技术发展趋势019 第 2章 空间激光通信基本原理021 2.1 通信基本原理021 2.2 通信方式022 2.3 通信信息量度量024 2.4 通信性能主要指标024 2.4.1 通信速率025 2.4.2 误比特率025 2.4.3 信道容量028 2.5 数字基带信号及其频谱特性030 2.5.1 数字基带信号030 2.5.2 基带信号的频谱特性032 2.6 空间激光通信与光纤通信的异同037 2.7 相干探测原理038 2.8 典型相干探测体制灵敏度045 2.8.1 幅度调制外差探测灵敏度045 2.8.2 FSK调制外差探测灵敏度047 2.8.3 BPSK调制外差探测灵敏度048 2.8.4 ASK和PSK调制零差探测灵敏度049 2.8.5 不同相干探测灵敏度对比049 2.9 光跟瞄基本原理050 2.9.1 航天器动力学特性050 2.9.2 卫星轨道类型052 2.9.3 卫星轨道描述054 2.9.4 卫星星座055 2.9.5 星间链路特性分析057 2.9.6 卫星平台微振动062 2.9.7 光跟瞄组成与基本原理065 2.9.8 光跟瞄系统性能分析与描述074 2.9.9 光跟瞄系统的稳态误差082 第3章 相干激光通信链路与系统设计085 3.1 相干激光通信链路设计085 3.1.1 激光通信链路传输方程模型085 3.1.2 典型通信链路分析094 3.1.3 粗跟踪/捕获链路功率分析094 3.1.4 精跟踪链路功率分析095 3.2 光学外差效率095 3.3 光学瞄准、捕获和跟踪系统102 3.3.1 PAT系统基本工作原理102 3.3.2 PAT系统基本组成104 3.3.3 关键器件及原理106 3.4 光学系统设计125 3.4.1 望远镜设计125 3.4.2 成像光学129 3.5 其他设计因素和考虑130 3.5.1 背景光影响130 3.5.2 提前量136 3.5.3 多普勒频移140 3.5.4 时空参考系142 3.5.5 空间环境特性151 3.5.6 蒙气差158 第4章 空间相干激光通信体系和结构163 4.1 空间相干激光通信终端结构163 4.2 光学地面站结构165 4.2.1 大气随机信道165 4.2.2 地面站典型设计170 4.3 通信光和信标光收发系统结构185 4.3.1 通信光、信标光旁轴式结构185 4.3.2 通信光、信标光同轴式结构186 4.3.3 通信光、信标光合一式结构186 4.4 光学捕获跟踪系统结构187 4.4.1 经纬仪式187 4.4.2 潜望镜式191 4.4.3 单反射镜式191 4.4.4 双棱镜式193 4.5 光学系统结构设计203 第5章 相干激光通信系统207 5.1 单频激光光源207 5.1.1 激光线宽207 5.1.2 相对强度噪声211 5.1.3 波长213 5.2 光学桥接器215 5.2.1 180°光学桥接器216 5.2.2 90°光学桥接器219 5.3 BPSK相干通信技术232 5.4 空间多模DPSK相干通信技术236 5.5 正交相位调制零差相干通信技术250 5.6 基于通道切换的相干光通信解调技术254 5.7 高阶调制通信技术259 5.8 光学锁相环技术264 5.8.1 激光器相位噪声性质264 5.8.2 光学锁相环组成和原理269 5.8.3 光学锁相环的设计271 第6章 跟瞄光机械系统277 6.1 复合轴光跟瞄原理277 6.1.1 粗跟踪系统原理277 6.1.2 精跟踪系统原理281 6.1.3 复合轴光跟瞄原理282 6.2 位置误差信号探测技术284 6.2.1 四象限探测器位置误差探测技术284 6.2.2 焦平面探测器位置误差探测技术288 6.2.3 光学章动位置误差探测技术289 6.3 摩擦对光跟瞄的影响293 6.3.1 静态摩擦模型293 6.3.2 动态摩擦模型295 第7章 激光终端地面检测验证技术297 7.1 光束远距离传输模拟原理297 7.2 卫星激光通信终端光跟踪检测数理基础301 7.2.1 空间实际条件下的远场衍射301 7.2.2 地面模拟条件下的近场衍射306 7.3 模拟远场传播的近场光学跟瞄检验装置309 7.3.1 发射光束偏转法309 7.3.2 接收终端偏转法310 7.4 卫星激光通信双终端双向远距离 传输模拟与地面检测装置311 7.4.1 空间光采样双终端双向远距离动态模拟系统312 7.4.2 光纤采样双终端双向远距离动态模拟系统314 7.4.3 光学再生双终端双向动态远距离传输模拟系统317 第8章 激光光束质量检测技术321 8.1 激光光束发散度测量技术321 8.2 激光光束波面测量技术323 8.2.1 直接波前传感器324 8.2.2 间接波前传感器326 第9章 相干激光通信系统设计举例333 9.1 低轨卫星 低轨卫星相干激光通信系统333 9.1.1 链路预算333 9.1.2 通信终端总体方案335 9.2 高轨卫星-低轨卫星相干激光通信系统338 9.2.1 链路预算338 9.2.2 通信终端总体方案341 9.3 高轨卫星-高轨卫星相干激光通信系统343 9.3.1 链路预算343 9.3.2 通信终端总体方案345 9.4 低轨卫星－光学地面站相干激光通信系统345 9.4.1 链路预算345 9.4.2 通信终端总体方案347 9.5 深空激光通信技术348 9.5.1 链路预算348 9.5.2 通信终端总体方案349 参考文献371 附录A 稳相法一维相位函数的傅里叶变换近似求解387 附录B 四元数389 附录C 星历解算方法391 附录D 光纤放大器噪声399 附录E IQ电光调制器403