分布式星群高速激光组网传输理论与技术

Study all-optical switching mechanisms of high-speed laser network of distributed clusters, build all-optical distributed burst switching mechanisms based on wavelength routing and passive arrayed waveguide grating, and propose distributed routing algorithm for all-optical distributed laser network. By mathematical and experimental methods, theoretical issues should be investigated, including all-optical reamplifying, retiming, and reshaping (3R) regeneration of weak signal, format transparency, polarization insensitive, multi-wavelength conversion, and research key technologies in distributed dynamic reconfigurable optical switching. .To meet the challenge of heterogeneous distributed satellite cluster networks, a novel concept of "Link Parameters Diversity" is proposed as a keypoint to construct the laser communication and transmission principles and theoretical researches. The synthesized research method, combining optical, microwave multibeam-and-smart antenna principles, is presented as a promising resolution of the practical dilemma of highly unidirectional optical axis versus quasi-omnidirectional data transmission. The theoretical system of space mobile optical communication network, which complies with the distributed satellite clusters, should be developed out of a bundle of modern communication theories and cutting-edge technologies. The achievements of this NFSC project will boost the satellite laser communication forward to the distributed, dynamic and mobile optical network in satellite clusters.

本项目针对分布式星群高速激光网络的特点，探索全光交换机制在分布式星群高速激光组网中的应用，构建基于波长路由的分布式全光突发交换机制，研究分布式路由算法，开展弱光信号条件下全光3R再生和格式透明、偏振不敏感、多链路同步切换全光波长变换相关理论问题的研究，开展数学仿真和原理性验证实验，攻关分布式动态可重构光交换的物理实现关键技术。.提出"链路参数集空间"的概念，构建分布式星群激光传输体制的理论框架。开展传统光学天线理论、微波多波束天线和智能天线理论的交叉学科研究，从理论上研究解决激光光波单向性与分布式星群网络准全向传输要求之间的矛盾，运用多种光通信新技术进行综合创新，推动单链路、点对点卫星激光信息传输技术，向动态多链路集群通信体制发展。

本基金项目已完成了“分布式星群高速激光组网传输理论与技术资助项目计划书”中的研究目标，本基金项目研究成果达到国际领先水平。针对分布式星群高速激光网络的动态和异构特点，探索了全光交换机制在分布式星群高速激光组网中的应用，深入研究了基于波长路由的分布式全光突发交换机制和分布式路由算法，开展了弱光信号条件下全光3R 再生和格式透明、偏振不敏感、多链路同步切换全光波长变换相关理论问题的研究；提出了一种新的基于波长地址路由的分布式全光交换路由及波长分配（RWA）算法；解决了基于FWM全光波长变换过程中的偏振敏感问题，并开展了数学仿真和原理性验证实验，攻克了分布式星群高速激光网络动态可重构光交换的物理实现关键技术；提出了“链路参数集空间”的概念，构建了分布式星群激光传输体制的理论框架和光传输理论体系。提出了基于最小生成树自组织拓扑保持方法和代数连通度最大化的拓扑重构方法，在较低的计算复杂度下得到了非常接近最优值的拓扑重构策略。搭建了分布式星群链路参数集优化仿真系统，仿真分析了星间多参数集激光链路通信性能。基于液晶光学相控阵和液晶偏振光栅，开展了传统光学天线理论、微波多波束天线和智能天线理论的交叉学科研究，提出了液晶光学多波束相控阵多波束成形及二维动态扫描技术方案，研究了一种基于偏振光栅的宽覆盖范围及高精度波束控制方法。基于液晶光学相控阵和液晶偏振光栅，开展了液晶偏振光栅大角度偏转控制建模及仿真研究研究。完成了液晶光学相控阵关键技术原理样机的研制及性能测试。从理论上研究解决了激光光波单向性与分布式星群网络准全向传输要求之间的矛盾，运用多种光通信新技术进行综合创新， 推动了单链路、点对点卫星激光信息传输技术，向动态多链路集群通信体制发展。