ICS49.140 CCSV75 中华人民共和国国家标准 GB/T43372—2023 空间数据与信息传输系统 深空光通信物理层 Spacedataandinformationtransfersystems— Deepspaceopticalcommunicationsphysicallayer 2023-11-27发布 2024-03-01实施 国家市场监督管理总局 国家标准化管理委员会发布目 次 前言 Ⅰ ………………………………………………………………………………………………………… 引言 Ⅱ ………………………………………………………………………………………………………… 1 范围 1 ……………………………………………………………………………………………………… 2 规范性引用文件 1 ………………………………………………………………………………………… 3 术语和定义 1 ……………………………………………………………………………………………… 4 缩略语 2 …………………………………………………………………………………………………… 5 总则 2 ……………………………………………………………………………………………………… 5.1 体系结构 2 …………………………………………………………………………………………… 5.2 功能 2 ………………………………………………………………………………………………… 6 下行信号特性 3 …………………………………………………………………………………………… 6.1 信息传输说明 3 ……………………………………………………………………………………… 6.2 中心频率 3 …………………………………………………………………………………………… 6.3 中心频率容差 3 ……………………………………………………………………………………… 6.4 激光线宽 3 …………………………………………………………………………………………… 6.5 带内和带外辐射 4 …………………………………………………………………………………… 6.6 偏振 4 ………………………………………………………………………………………………… 6.7 调制 4 ………………………………………………………………………………………………… 6.8 时隙宽度 4 …………………………………………………………………………………………… 6.9 时间抖动 4 …………………………………………………………………………………………… 6.10 脉冲重复率 4 ………………………………………………………………………………………… 7 上行信标及可选的数据传送信号特性 5 ………………………………………………………………… 7.1 信号传输说明 5 ……………………………………………………………………………………… 7.2 中心频率 5 …………………………………………………………………………………………… 7.3 中心频率容差 5 ……………………………………………………………………………………… 7.4 激光线宽 5 …………………………………………………………………………………………… 7.5 带内和带外辐射 5 …………………………………………………………………………………… 7.6 调制 5 ………………………………………………………………………………………………… 7.7 时间抖动 5 …………………………………………………………………………………………… 8 管理参数 6 ………………………………………………………………………………………………… 参考文献 7 ………………………………………………………………………………………………………GB/T43372—2023 前 言 文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则 第1部分:标准化文件的结构和起草规则》的规定 起草。 请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。 本文件由全国宇航技术及其应用标准化技术委员会(SAC/TC425)提出并归口。 本文件起草单位:西安空间无线电技术研究所、北京空间飞行器总体设计部、中国航天标准化研究 所、深圳市恒天伟焱科技股份有限公司、厦门至诚标准化服务有限公司。 本文件主要起草人:郭精忠、陈祥、白帆、兰枫、任斌、李帅、徐常志、陈安和、张建华、李立、徐宝碧、 周玉霞、李炯卉、苟保卫、熊金华、蔡鸿星。 ⅠGB/T43372—2023 引 言 随着激光通信技术在深空探测领域的发展,其应用场景包括深空探测器直接对地通信、深空探测器 与近地卫星中继通信和深空探测器与着陆器通信等。本文件在考虑深空探测国际合作的大背景下,仅 限于深空对地应用场景,可以充分利用各国光学地面站提升深空激光通信的可靠性,未来可进行扩展。 ⅡGB/T43372—2023 空间数据与信息传输系统 深空光通信物理层 1 范围 本文件描述了空间数据与信息传输领域深空任务背景下空间对地光通信物理层的功能、下行信号 特性、上行信标及可选的数据传送信号特性以及管理参数。 本文件适用于深空激光通信领域通过大气信道传输的空对地和地对空场景的高光子效率链路,其 他应用参考使用。 2 规范性引用文件 下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中,注日期的引用文 件,仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于 本文件。 GB/T42041 航天术语 空间数据与信息传输 3 术语和定义 GB/T42041界定的以及下列术语和定义适用于本文件。 3.1 中心频率 centerfrequency 激光光束所包含的频率范围中的中心对应频率。 3.2 激光线宽 laserline-width 激光光束的光谱谱线宽度。 3.3 偏振消光比 polarizationextinctionratio 沿偏振主态方向分解的两个正交偏振分量之间光功率的比值。 3.4 脉冲重复率 pulserepetitionrate 每秒发射的光脉冲数量,或者定义为脉冲重复周期的倒数。 3.5 右旋圆偏振 right-handcircularpolarization 相对于传输方向,其电场矢量旋向随时间变化右旋的圆偏振光。 3.6 带外辐射 spilloveremissions 光束光谱中在已定义的光谱宽度以外的光能量。 1GB/T43372—2023 4 缩略语 下列缩略语适用于本文件。 AOS:高级在轨系统(AdvancedOrbitingSystems) OOK:开关键控(On-OffKeying) OSI:开放式系统互联(OpenSystemsInterconnection) PPM:脉冲相位调制(PulsePositionModulation) PRR:脉冲重复率(PulseRepetitionRate) RHCP:右旋圆偏振(Right-HandCircularPolarization) RMS:均方根(RootMeanSquare) TC:遥控(Telecommand) USLP:统一空间数据链路协议(UnifiedSpaceDataLinkProtocol) 5 总则 5.1 体系结构 图1描述了本文件与OSI分层的关系。本文件处于OSI分层的物理层,也是空间链路分层的物 理层。 图1 本文件与OSI分层的关系 深空光通信物理层在发送端将深空光通信编码与同步子层产生的二进制数据流进行电光调制,将 电信号转换为光信号,实现深空对地光信号传输。在接收端,向编码与同步子层提供接收到的光电转换 后的电信号,实现地对深空光信号传输。 深空光通信编码与同步子层为传送帧在深空高光子效率链路上的传输,提供同步与信道编码功能, 包括信道编码、同步和传送帧有效性确认,详见GB/T43423—2023。 5.2 功能 深空对地光通信系统的示意图如图2所示。在整个星地光通信建链过程中,约定激光终端A为地 面站终端,激光终端B为星上(航天器)终端。星上终端向地面站终端发送下行遥测信号;地面站终端 2GB/T43372—2023 向星上终端发送上行信标及可选的传送帧。深空对地光通信双向建链流程如下: a) 激光终端A向激光终端B所在的预置位置,发射包含可选的AOS/USLP/TC等数据的信标 光束; 注:AOS数据格式见GB/T39350—2020,USLP数据格式见GB/T42040—2022,TC数据格式见GB/T39350—2020。 b) 激光终端B在捕获到信标光束后,返回信号光束,同时对接收到的信标中的AOS/USLP/TC 数据进行接收探测和处理; c) 激光终端A在收到星上终端光束后,双方开展光束跟踪,以建立稳定的激光链路; d) 建立稳定的激光链路后,下行遥测数据从激光终端B向激光终端A传输。 图2 深空对地光通信系统示意图 星上激光终端B向地面站激光终端A发射的下行光信号的物理特性见第6章,以及地面站激光终 端向星上激光终端发射的上行信标和可选遥控信号的物理特性见第7章。 6 下行信号特性 6.1 信号传输说明 在星上激光终端B的发射端,光物理层接收来自于编码和同步子层的二进制数据流,对光信号进 行调制,通过二进制数据流的“1”或“0”控制光信号输出或不输出。其中“1”代表光信号输出,“0”代表无 光信号输出。在星上激光终端B的接收端,光物理层接收地面站终端发送的信标,