空間光通信技術(shù)的發(fā)展與展望芻議

姜 鋒

（92941部隊(duì)45分隊(duì)，葫蘆島 125000）

基于信息流量的快速增加，以微波為核心的空間衛(wèi)星通信技術(shù)的弱點(diǎn)也逐漸暴露出來。也就是說，在通信數(shù)據(jù)率增加的同時(shí)，微波這一傳統(tǒng)手段也面臨著最高傳輸率的理論困境。在這種情況下，光通信領(lǐng)域的重要性逐漸突顯出來，借助光通信較高的數(shù)據(jù)傳輸率應(yīng)用，希望能夠有效解決存在的問題。由此可見，深入研究并分析空間光通信技術(shù)的發(fā)展與展望具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

1 空間光通信技術(shù)的發(fā)展

伴隨航天技術(shù)的快速發(fā)展，以地球軌道為中心所運(yùn)行的飛行器數(shù)量不斷增多，而飛行器間以及其與地面站都要實(shí)現(xiàn)有效的通信，在通信數(shù)據(jù)量迅速提高的情況下，使得通信系統(tǒng)所面臨的挑戰(zhàn)愈加嚴(yán)峻[1]。而衛(wèi)星通信地面站的構(gòu)建也會(huì)產(chǎn)生地面運(yùn)行與維護(hù)費(fèi)用、需要更多的地面運(yùn)行維護(hù)工作人員，直接影響了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性與效率。在這種情況下，應(yīng)積極創(chuàng)建衛(wèi)星和衛(wèi)星之間的通信鏈路，也就是中繼星與中繼鏈路。

所謂的數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星，就是以地面站與低地球軌道為主要對象，不斷延長航天器接觸的時(shí)間，有效融合測控功能與通信功能。在通信、科學(xué)實(shí)驗(yàn)以及載人航天器等方面，都對數(shù)據(jù)傳輸率的速度提出了較高的要求，只有這樣，才能夠確保信息傳輸速度更快。根據(jù)第一代跟蹤數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星系統(tǒng)的運(yùn)行狀況可以發(fā)現(xiàn)，因微波通信頻段的容量十分有限，所以無法與全新需求相適應(yīng)。與此同時(shí)，有限同步軌道資源當(dāng)中的衛(wèi)星數(shù)量不斷增加，而且微波通信系統(tǒng)之間的干擾問題也逐漸突顯出來。

通過對衛(wèi)星光通信技術(shù)的應(yīng)用，能夠?qū)σ陨蠁栴}進(jìn)行有效地解決。所謂的衛(wèi)星光通信，具體指的就是在空間信道當(dāng)中，借助激光的方式有效地替代微波并完成鏈路與信號(hào)傳輸。現(xiàn)階段，衛(wèi)星微波通信所使用的頻段一般處于300MHz-300GHz范圍內(nèi)，但是衛(wèi)星光通信本身的頻段可以達(dá)到300THz，兩者之間的差距相對明顯。所以說，選擇使用光波段通信的過程中，能夠使通信帶寬不斷增加，而且通信數(shù)據(jù)率還能夠?qū)崿F(xiàn)Gbps[2]。除此之外，激光波束很窄，所以一般不會(huì)存在互相干擾的問題。在此基礎(chǔ)上，衛(wèi)星光通信終端的體積與質(zhì)量不大，功耗偏低，為星載合理運(yùn)行提供了極大的便利。

衛(wèi)星光通信可以在同步軌道衛(wèi)星間的通信當(dāng)中，也可以在低軌道衛(wèi)星和同步軌道衛(wèi)星通信應(yīng)用，較之于微波通信，衛(wèi)星光通信的優(yōu)勢十分明顯，集中表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

首先，調(diào)制帶寬增加。在增加載波頻率理論方面，使得傳輸?shù)膸捗黠@增大，使得系統(tǒng)通信容量明顯提高。

其次，設(shè)備體積下降。光波的波長是RF與微波波長的1/1000與1/100000，對衛(wèi)星通信體積產(chǎn)生影響的常見因素就是天線的尺寸，其在衛(wèi)星光通信系統(tǒng)當(dāng)中會(huì)迅速地下降。

最后，抗干擾性能與保密性能得以增強(qiáng)。衛(wèi)星光通信對光束進(jìn)行傳輸?shù)倪^程中，因傳輸路徑過窄，接收視域也不大，所以要想竊取亦或是人為干擾，具有極大的難度[3]。

2 空間光通信技術(shù)的展望

較之于微波通信，衛(wèi)星光通信對于捕獲跟蹤技術(shù)與瞄準(zhǔn)技術(shù)的要求不斷提高。一般情況下，瞄準(zhǔn)精準(zhǔn)度會(huì)在微弧度量級(jí)中應(yīng)用，為確保特定誤碼率條件下通信的合理性，就必須要高度重視跟蹤精準(zhǔn)度的重要性。在星地與星間衛(wèi)星光通信而言，因鏈路時(shí)間不長，所以要求捕獲時(shí)間在分鐘量級(jí)中完成。

在我國，上世紀(jì)七十年代初期，就針對無線光通信單元技術(shù)與通信系統(tǒng)展開了深入地研究，然而卻始終受諸多條件的限制[4]。至九十年代初期，將衛(wèi)星通信作為主要背景，開展了衛(wèi)星光通信技術(shù)的研究。

其中，哈工大深入調(diào)研并跟蹤了衛(wèi)星光通信技術(shù)，對衛(wèi)星光通信未來發(fā)展趨勢進(jìn)行了分析。隨后，承擔(dān)空間光通信技術(shù)研究項(xiàng)目，探討了衛(wèi)星光通訊系統(tǒng)基本概念以及信號(hào)傳輸基本系統(tǒng)，對微型光通信模擬實(shí)驗(yàn)終端進(jìn)行了研制，實(shí)現(xiàn)了衛(wèi)星光通信模擬實(shí)驗(yàn)，并為衛(wèi)星光通信空間演示驗(yàn)證系統(tǒng)的研制以及衛(wèi)星光通信實(shí)驗(yàn)的開展提供了必要的保障，這同樣代表了國內(nèi)衛(wèi)星光通信研究的空間試驗(yàn)發(fā)展趨勢[5]。

而電子科技大學(xué)對激光大氣通信理論以及技術(shù)等實(shí)施了研究，將地與地間的大氣傳輸光通信作為主要的應(yīng)用背景。隨后，基于激光大氣通信研究，開展了衛(wèi)星光通信瞄準(zhǔn)捕獲跟蹤技術(shù)。

3 結(jié)束語

綜上所述，空間衛(wèi)星光通信技術(shù)在我國的發(fā)展時(shí)間并不長，但同樣取得了理想的發(fā)展成績。也就是說，在未來發(fā)展的過程中，工程實(shí)用化空間光通信終端就能夠?qū)崿F(xiàn)搭載應(yīng)用，以保證空間通信技術(shù)取得理想的發(fā)展成績。而作為空間衛(wèi)星光通信研究人員，則應(yīng)在工作中緊緊把握研發(fā)時(shí)機(jī)，盡可能優(yōu)化空間光通信的研究水平，以保證實(shí)用化發(fā)展目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。