空間激光通信研究及發(fā)展趨勢(shì)

王浩+苗丹

【摘要】 本文作者主要從空間激光通信的發(fā)展概況入手，簡(jiǎn)析了我國(guó)的激光通信發(fā)展現(xiàn)狀并分析了空間激光通信的關(guān)鍵技術(shù)。針對(duì)我國(guó)未來(lái)激光通信技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，作者提出了兩個(gè)方面觀點(diǎn)，光通信組網(wǎng)取代點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信和通信速率繼續(xù)提高。

【關(guān)鍵詞】 空間激光通信 通信網(wǎng)絡(luò) 發(fā)展趨勢(shì)

一、我國(guó)空間通信的發(fā)展現(xiàn)狀

當(dāng)下，我國(guó)在空間激光通信領(lǐng)域的研究確實(shí)取得了一定成效，但是這些成果比較片面，只是圍繞一些特定的問(wèn)題而進(jìn)行的。面對(duì)國(guó)際激光通信領(lǐng)域的發(fā)展形勢(shì)，我們需要從不同的角度去看待和研究激光通信。以下列表是我國(guó)國(guó)內(nèi)各研究部門(mén)在這課題上的研究方向。針對(duì)國(guó)家現(xiàn)階段對(duì)激光通信領(lǐng)域的重視，相關(guān)研究單位應(yīng)該把握時(shí)機(jī)，大力發(fā)展激光通信事業(yè)，竭盡全力突破關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)，深入開(kāi)發(fā)研究，為早日實(shí)現(xiàn)我國(guó)天、地、空一體化激光通信和信息互聯(lián)奠定基礎(chǔ)。

二、空間激光通信的關(guān)鍵技術(shù)

2.1高功率、高速率激光調(diào)制發(fā)射技術(shù)

高功率、高速率激光調(diào)制發(fā)射技術(shù)是由一個(gè)核心的發(fā)射系統(tǒng)構(gòu)成，通過(guò)采用光學(xué)濾波、自適應(yīng)濾波和電子學(xué)濾波來(lái)增加噪音比，組成發(fā)射系統(tǒng)部分只要是調(diào)制器、激光器、光學(xué)天線(xiàn)和信道編碼等。

2.2高靈敏度、復(fù)雜環(huán)境下的光信號(hào)接受技術(shù)

空間激光通信系統(tǒng)是靠接受激光信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，而激光信號(hào)的接收方式主要有兩種直接探測(cè)和相干探測(cè)，這兩種方式中因直接探測(cè)技術(shù)相對(duì)來(lái)說(shuō)比較成熟，是空間激光通信系統(tǒng)應(yīng)用最廣泛的形式；但是直接探測(cè)技術(shù)也有弊端，探測(cè)靈敏度受制于相關(guān)器件的性能，其通信速率與探測(cè)靈敏度成反比，通信速度提升的同時(shí)靈敏度反而下降。比較與直接探測(cè)，在同等通信條件下，相干探測(cè)的靈敏度明顯優(yōu)于直接探測(cè)，其范圍在10 ～20 dB，但是相干探測(cè)方式要求非常嚴(yán)，必須做到信號(hào)光和本振光各種性能的匹配，涉及的系統(tǒng)比較復(fù)雜，所以實(shí)現(xiàn)的難度很大，但正因?yàn)檫@點(diǎn)使得相干探測(cè)技術(shù)成為國(guó)際上爭(zhēng)相研究的熱點(diǎn)。

2.3高精度APT技術(shù)

應(yīng)用粗精復(fù)合軸VAF技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)高精度的動(dòng)態(tài)跟蹤。粗精跟蹤都有自己各自的特點(diǎn)，對(duì)于粗跟蹤它比較適應(yīng)視場(chǎng)大、低伺服帶寬的環(huán)境，在這種環(huán)境下可以實(shí)現(xiàn)迅速捕獲、穩(wěn)定跟蹤；精跟蹤的的特點(diǎn)是動(dòng)態(tài)范圍小、高伺服帶寬，在一定程度上可以修復(fù)粗跟蹤殘差。復(fù)合軸VAF最終的跟蹤精度還是有精跟蹤伺服單元性能來(lái)決定的。

2.4發(fā)射接收光學(xué)系統(tǒng)及基臺(tái)技術(shù)

實(shí)現(xiàn)空間光通信的重要裝置是光信號(hào)收發(fā)和基臺(tái)裝置，這屬于激光通信的核心部分，而對(duì)于這核心裝置的設(shè)計(jì)必須符合多功能、集成化，基臺(tái)具有質(zhì)輕、高精度、小型化的特點(diǎn)。

2.5大氣信道對(duì)激光通信影響的抑制技術(shù)

激光通信是靠光信號(hào)的作為通道來(lái)傳輸，大氣的存在會(huì)對(duì)光信號(hào)的傳輸產(chǎn)生光信號(hào)閃爍、波段變形等影響，從而使得激光通信產(chǎn)生距離偏差和誤碼率提高。不僅如此，還會(huì)影響其他系統(tǒng)的正常使用，比如通信子系統(tǒng)、光學(xué)子系統(tǒng)。所以必須采用相應(yīng)的措施，比較認(rèn)可的是合適的地面站選址、多點(diǎn)布站、增加天線(xiàn)接受面積等措施，在一定程度上可以降低大氣對(duì)激光通信的影響作用。

三、空間激光通信發(fā)展趨勢(shì)

1、通信速率繼續(xù)提高。不斷完善的APT技術(shù)提高了激光通信性能的標(biāo)準(zhǔn)，也成為激光通信中研究的一個(gè)重要部分。由于速率與靈敏度成反比，發(fā)射功率與遠(yuǎn)通信距離在參數(shù)上存在一定矛盾，為了解決上述問(wèn)題，通信分系統(tǒng)得以研制成功，波段為1550nm，能夠在高速率調(diào)制的同時(shí)，完成高功率發(fā)射，由于發(fā)射功率較高，因而即使在高速率的條件下，仍能維持良好的靈敏度。另外還研制成功了空間相干激光通信分系統(tǒng)，與傳統(tǒng)IM/DD探測(cè)技術(shù)相比，在這種新的探測(cè)方式應(yīng)用下，相干通信的高靈敏度得到了有效發(fā)揮。這樣一來(lái)，其傳輸速率就可升至Gbps量級(jí)。

2、光通信組網(wǎng)取代點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信。技術(shù)的創(chuàng)新才能引領(lǐng)時(shí)代的發(fā)展，原有點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信模式弊端太多，新的光通信組網(wǎng)通信技術(shù)系統(tǒng)性能較高完全可以取代之前的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信模式。光通信組網(wǎng)技術(shù)的核心要點(diǎn)就是中繼轉(zhuǎn)發(fā)，要得到天、地一體化的信號(hào)覆蓋和信息傳輸?shù)臅r(shí)效性，就需要搭建一個(gè)較為完善的天基信息網(wǎng)絡(luò)，使同步靜止軌道，中軌道，以及低軌道衛(wèi)星，航天飛機(jī)，宇宙飛船，浮空平臺(tái)，航空平臺(tái)，以及地面平臺(tái)互相連接。

結(jié)論：本文全面深入分析探究空間激光通信在我國(guó)的發(fā)展現(xiàn)狀和未來(lái)的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)，當(dāng)下激光通信的發(fā)展階段在國(guó)內(nèi)外正處于一個(gè)研究的熱潮，市場(chǎng)前景非常廣闊。文章主要詳細(xì)的分析了空間激光通信中非常關(guān)鍵的技術(shù)點(diǎn)，同時(shí)提出了自己對(duì)空間激光通信發(fā)展趨勢(shì)的一些看法，并在此基礎(chǔ)上對(duì)我國(guó)空間激光通信的發(fā)展進(jìn)行了簡(jiǎn)要的概括。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]張來(lái)線(xiàn)，孫華燕，樊桂花，趙延仲，鄭勇輝.貓眼逆向調(diào)制自由空間激光通信技術(shù)的研究進(jìn)展[J].中國(guó)光學(xué)，2013，18（05）：185-186.

[2]李英超，胡源，趙義武，丁瑩，姜會(huì)林.發(fā)展空間激光通信，提高對(duì)地觀測(cè)效能[J].長(zhǎng)春理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2011，20（01）：189-190.

[3]張誠(chéng)，胡薇薇，徐安士.星地光通信發(fā)展?fàn)顩r與趨勢(shì)[J].中興通訊技術(shù)，2006（2 ）：52-56

[4]左海成.大氣 湍流影響下衛(wèi)星光通信探測(cè)光斑分布與定位算法研究 [D ].哈爾濱 ：哈爾濱工業(yè)大學(xué) ，2010