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空间引力波探测中的绝对距离测量及通信技术

刘河山 高瑞弘 罗子人 靳刚

刘河山, 高瑞弘, 罗子人, 靳刚. 空间引力波探测中的绝对距离测量及通信技术[J]. 中国光学, 2019, 12(3): 486-492. doi: 10.3788/CO.20191203.0486
引用本文: 刘河山, 高瑞弘, 罗子人, 靳刚. 空间引力波探测中的绝对距离测量及通信技术[J]. 中国光学, 2019, 12(3): 486-492. doi: 10.3788/CO.20191203.0486
LIU He-shan, GAO Rui-hong, LUO Zi-ren, JIN Gang. Laser ranging and data communication for space gravitational wave detection[J]. Chinese Optics, 2019, 12(3): 486-492. doi: 10.3788/CO.20191203.0486
Citation: LIU He-shan, GAO Rui-hong, LUO Zi-ren, JIN Gang. Laser ranging and data communication for space gravitational wave detection[J]. Chinese Optics, 2019, 12(3): 486-492. doi: 10.3788/CO.20191203.0486

空间引力波探测中的绝对距离测量及通信技术

doi: 10.3788/CO.20191203.0486
基金项目: 

中科院战略性先导科技专项(B):多波段引力波宇宙研究——空间太极计划预研 XDB23030000

详细信息
    作者简介:

    刘河山(1988-), 男, 安徽阜阳人, 2015年于中国科学院大学获得博士学位, 现为中国科学院力学研究所博士后。研究领域涉及激光干涉测距、高精度相位测量、DWS精密指向、激光锁相等。E-mail:liuheshan@imech.ac.cn

    高瑞弘 (1994—),男,辽宁大连人,2015年于北京理工大学获得学士学位,现为中国科学院力学研究所博士研究生,主要从事空间引力波探测中的激光干涉测量方面的研究。E-mail: gaoruihong@imech.ac.cn

    罗子人(1980-), 男, 湖南长沙人, 2010年于中国科学院数学与系统科学研究院获得理学博士, 现为中国科学院力学研究所副研究员。参与中国短臂长空间引力波探测器的可行性研究和中国先进重力卫星关键技术论证工作, 主要从事引力波探测的空间激光干涉测距技术的理论分析和方案设计方面的研究。E-mail: luoziren@imech.ac.cn

    靳 刚(1957—),男,中国科学院力学研究所二级研究员。长期从事纳米尺度光学测量及其应用,现任中科院空间引力波计划——太极计划载荷技术总师,领衔激光干涉测距系统整体设计和技术总成。E-mail: gajin@imech.ac.cn

  • 中图分类号: O439;P171.3

Laser ranging and data communication for space gravitational wave detection

Funds: 

the Strategic Priority ResearchProgram of the Chinese Academy of Science XDB23030000

More Information
  • 摘要: 空间引力波探测任务中,由于干涉臂臂长的巨大差异,激光频率不稳定噪声成为系统最大的噪声源之一。需采用Pound-Drever-Hall锁腔、锁臂和TDI(Time Delay Interferometer)技术三级联合,将此噪声压制到10-6 Hz1/2量级,才能使得频率噪声低于散粒噪声。而实现TDI技术需要准确测量卫星间的绝对距离和星间通信。本文以空间引力波探测中的绝对距离测量和通信技术为背景,详细阐述此项技术的实现原理和方法。拟通过EOM(Electro-Optic Modulator)将测距伪随机码和通信码调制至主激光相位中,再传输至远端航天器。在远端航天器通过锁相环和延迟环组成的解调系统计算伪随机码的时间延迟,进而解析出卫星间的绝对距离和通信信息。相关结论可为未来的验证实验奠定理论和技术基础,同时为我国未来空间引力波探测的相关技术发展提供一定参考。
  • 图  1  TDI原理图

    Figure  1.  Principle diagram of TDI

    图  2  星间绝对距离测量和激光通信原理图

    Figure  2.  Principle diagram of the inter-satellites absolute ranging and laser communication

    图  3  锁相环及延迟锁相环框图

    Figure  3.  Diagram of Phase lock loop and Delay lock loop

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出版历程
  • 收稿日期:  2018-07-02
  • 修回日期:  2018-08-31
  • 刊出日期:  2019-06-01

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