空間激光通信光端機(jī)發(fā)展水平與發(fā)展趨勢(shì)

關(guān)曉宇

摘要：在激光通信技術(shù)的不斷發(fā)展過程中會(huì)進(jìn)行不斷地優(yōu)化和完善，能夠更精確的掌握數(shù)據(jù)和信息，會(huì)越來越多的應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域，提供更大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：空間激光通信光端機(jī);發(fā)展水平;發(fā)展趨勢(shì)

引言：

不論從理論研究還是應(yīng)用研究實(shí)證分析方面，國(guó)內(nèi)對(duì)激光通信組網(wǎng)技術(shù)和適用于組網(wǎng)通信的光端機(jī)的研究都還處于方案論證階段，這也就意味著許多問題還有非常大的空間有待我們進(jìn)一步的深入探索。

1空間激光通信的基本內(nèi)容

1.1空間激光通信的基本過程

在空間激光通信技術(shù)的設(shè)計(jì)工作上是依托于通信距離、誤碼率以及傳輸距離等因素的要求來實(shí)現(xiàn)的，空間激光通信設(shè)備是光學(xué)結(jié)構(gòu)原理的產(chǎn)物。空間激光設(shè)備是通過是在能夠有效的感知被通信設(shè)備的基礎(chǔ)上來進(jìn)行的初步的空間位置定位，主動(dòng)星會(huì)發(fā)射一定的標(biāo)光信號(hào)進(jìn)行主動(dòng)的搜索工作，如果在粗跟蹤探測(cè)器中發(fā)現(xiàn)標(biāo)光斑就說明已經(jīng)建立起一個(gè)有效的探測(cè)系統(tǒng)。在粗跟蹤的過程中都是開環(huán)的控制系統(tǒng)，相比之下精跟蹤則是通過閉環(huán)的控制系統(tǒng)來組成的，精跟蹤所捕捉的數(shù)據(jù)在達(dá)到了一定的精準(zhǔn)度的情況下就要進(jìn)行雙方的數(shù)據(jù)傳輸工作。但是在這樣的通信傳輸工作的進(jìn)行過程中衛(wèi)星還是一個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)，這就會(huì)在很大的程度上影響跟蹤的精度，這時(shí)候就要采取一定的補(bǔ)償措施，可以采用超前角瞄準(zhǔn)單元進(jìn)行有效的補(bǔ)償工作，這樣對(duì)于空間動(dòng)態(tài)的瞄準(zhǔn)和跟蹤能夠有效的實(shí)現(xiàn)，在精跟蹤的過程中要充分的保證動(dòng)態(tài)上的精準(zhǔn)度，以免影響整個(gè)通信質(zhì)量。

1.2空間激光鏈路分類

空間激光通信的分類主要是通過距離和應(yīng)用的不同來進(jìn)行分類的，其中包括：低軌和同步軌道通信、同步軌道和地面軌道通信、同步軌道和同步軌道通信、低軌和低軌之間的通信、低軌和地面之間的通信、地面之間的各站點(diǎn)之間的通信、地面和飛機(jī)等的通信這幾種通信的主要途徑，在空間技術(shù)的調(diào)解技術(shù)上可以分為直接的和相干的兩種探測(cè)解調(diào)技術(shù)，隨著相關(guān)的技術(shù)不斷在進(jìn)行調(diào)高，相干探測(cè)解調(diào)技術(shù)在探測(cè)的靈敏度上更高，能夠?qū)⑻綔y(cè)數(shù)據(jù)的精度明顯的提高，具有一定的使用優(yōu)勢(shì)，所以在空間通信技術(shù)的研究工作中成為一項(xiàng)主要的研究對(duì)象。

1.3空間激光通信性能參數(shù)

在對(duì)空間激光技術(shù)的性能參數(shù)進(jìn)行衡量時(shí)主要是通過距離、通信的速度和誤碼率來進(jìn)行有效的判斷的，在空間激光通信技術(shù)的終端上還有激光波長(zhǎng)、激光的發(fā)散角等方面的一些參數(shù)上的指示。

2國(guó)內(nèi)外激光通信光端機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀

實(shí)現(xiàn)激光通信的載體叫光端機(jī)。光端機(jī)是實(shí)現(xiàn)空間激光通信技術(shù)的核心，它是以光學(xué)系統(tǒng)為基礎(chǔ)，借助APT、自動(dòng)控制等輔助技術(shù)，實(shí)現(xiàn)激光通信的功能。隨著各種平臺(tái)和鏈路激光通信實(shí)驗(yàn)的進(jìn)展，激光通信的核心系統(tǒng)——光端機(jī)的研發(fā)也發(fā)生了質(zhì)的飛躍。

2.1國(guó)外光端機(jī)發(fā)展情況

目前，美、日、歐是開展激光通信系統(tǒng)研究的先進(jìn)國(guó)家，對(duì)空間激光通信鏈路理論、關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入研究，在不同的平臺(tái)上、不同的鏈路里進(jìn)行了大量、豐富的工程化實(shí)驗(yàn)，積累了豐富的成果。而完成這些實(shí)驗(yàn)成果的核心系統(tǒng)即光端機(jī)大致經(jīng)歷了兩代的發(fā)展進(jìn)化過程。

2.2國(guó)內(nèi)光端機(jī)發(fā)展情況

相比于歐洲、日本和美國(guó)，我國(guó)在空間光通信領(lǐng)域起步較晚，在20世紀(jì)90年代才開始有比較多的研究。但我國(guó)在該領(lǐng)域發(fā)展迅速，多家單位開展了深入研究，主要機(jī)構(gòu)有哈爾濱工業(yè)大學(xué)和長(zhǎng)春理工大學(xué)等高校，中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密研究所和中國(guó)科學(xué)院光電技術(shù)研究所（成都）等中國(guó)科學(xué)院研究單位，以及中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第34所和27所等。值得一提的是，國(guó)內(nèi)不同研究機(jī)構(gòu)的研究方向各有不同，呈現(xiàn)出比較鮮明的特點(diǎn)。

星載對(duì)地通信光端機(jī)的研發(fā)方面，哈工大于2011年進(jìn)行的星地通信實(shí)驗(yàn)取得成功，通信距離為2000公里，速率為504Mbps。空地通信光端機(jī)的研發(fā)方面，長(zhǎng)春理工大學(xué)空間技術(shù)研究所于2011年實(shí)驗(yàn)成功，通信速率為1.5Gbps，通信距離為17.5公里。飛機(jī)對(duì)飛機(jī)通信光端機(jī)的研發(fā)方面，長(zhǎng)春理工大學(xué)空間技術(shù)研究于2013年實(shí)驗(yàn)成功，通信速率為2.5Gbps，通信距離為144公里。亦有其他單位的相關(guān)研究也取得了更多成就。

我國(guó)目前在空間光通信領(lǐng)域發(fā)展勢(shì)頭良好，下一步應(yīng)該結(jié)合各個(gè)單位的研究特點(diǎn)，加強(qiáng)交流與合作，并爭(zhēng)取在基礎(chǔ)器件研制和最新理論研究上取得突破。

3未來激光通信光端機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)

經(jīng)過近40年的發(fā)展，星間激光通信從理論探索到實(shí)驗(yàn)研究，從地面驗(yàn)證到星載實(shí)驗(yàn)，通信速率從50Mb/s發(fā)展到5.6Gb/s，已經(jīng)步入接近成熟的第二代，距離實(shí)際應(yīng)用越來越近。借助衛(wèi)星激光鏈路組建空間骨干網(wǎng)具備了初步的硬件條件，空間組網(wǎng)是衛(wèi)星激光通信下一步發(fā)展趨勢(shì)。激光通信只有在多平臺(tái)實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)才能發(fā)揮其更大價(jià)值，即通過激光鏈路把不同軌道的衛(wèi)星和空間站、飛機(jī)、浮空器、地面的基站（OGS）、艦船、汽車等組成空天陸海為一體的全方位戰(zhàn)略通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)立體的全方位的通信連接。目前美國(guó)、歐洲、日本、俄羅斯等國(guó)家均提出了雄心勃勃的多平臺(tái)間激光通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展計(jì)劃。

在激光通信技術(shù)的未來發(fā)展中主要表現(xiàn)出以下幾點(diǎn)發(fā)展的趨勢(shì)：第一，在探測(cè)體制上已經(jīng)逐漸的表現(xiàn)出從直接探測(cè)向相干探測(cè)和復(fù)合探測(cè)的方向上進(jìn)行轉(zhuǎn)變，這樣能夠有效的實(shí)現(xiàn)激光通信系統(tǒng)對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性額和同其他系統(tǒng)之間的互通性。第二，在通信的波長(zhǎng)上逐漸的走向1.55μm波的過渡，這表明激光通信技術(shù)的容量在不斷地走向擴(kuò)大的趨勢(shì)，也是未來的技術(shù)發(fā)展的重要趨勢(shì)之一。第三，在未來的激光通信技術(shù)的發(fā)展中納米技術(shù)的應(yīng)用會(huì)有效的推動(dòng)激光通信技術(shù)的發(fā)展，納米技術(shù)的不斷發(fā)展會(huì)更好的解決空間環(huán)境的適應(yīng)性問題。第四，在未來的激光通信技術(shù)的發(fā)展中會(huì)實(shí)現(xiàn)更好的經(jīng)典光通信和量子光通信之間的結(jié)合。第五，激光通信將成為深空探測(cè)活動(dòng)的主要通信方式。

結(jié)束語：

激光通信技術(shù)和傳統(tǒng)通信技術(shù)相比具有極大的優(yōu)越性和廣闊的應(yīng)用前景，其中光端機(jī)是實(shí)現(xiàn)空間激光通信的核心系統(tǒng)。空間遙感技術(shù)在不斷的發(fā)展，其發(fā)展對(duì)于相機(jī)的空間分辨率和光譜分辨率等各項(xiàng)指標(biāo)都有所提升，在這樣的指標(biāo)上升的同時(shí)大量的空間探測(cè)到的數(shù)據(jù)需要及時(shí)有效的輸送到地面，這些數(shù)據(jù)能夠給科學(xué)研究工作帶來很大的幫助，能夠充分的實(shí)現(xiàn)空間儀器的應(yīng)用價(jià)值，激光通信在容量上比較大，這是其一個(gè)顯著的特點(diǎn)，并且在光學(xué)的增益上較大、發(fā)散角小并且具有強(qiáng)大的抗干擾能力和抗截獲能力，都是其應(yīng)用中的主要優(yōu)勢(shì)。

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