衛星激光通信現狀與發展趨勢分析

宋春煥

（西安工業大學電子信息工程學院，陜西西安710023）

衛星激光通信現狀與發展趨勢分析

宋春煥

（西安工業大學電子信息工程學院，陜西西安710023）

主要對最近十年的衛星激光通信進行研究，重點介紹了衛星激光通信的發展現狀，在未來的發展趨勢和日常推廣應用之中希望能夠對衛星激光通信技術的發展有所幫助。

衛星激光通信；現狀；發展趨勢；分析

引言

在激光通信技術誕生之前，人們進行遠距離的通信主要依靠的是微波通信，這種技術的缺點比較明顯，隨著人們通信需求的增加，這種技術逐漸不能適應社會的需求，微波頻率的資源變得非常緊張。特別是在高精度的對地觀測需求出現之后，微波的通信技術更加不能滿足社會的需求，因此，就需要研究新的通信技術，以滿足社會的各種通信需求，于是衛星激光通信技術逐漸成了空間高速數據傳輸的新興技術。該技術的容量非常大，而且與其他的通信技術能夠進行充分融合，減少中間的解碼過程，它為實現高速全球無縫連接提供了新的手段。

1　衛星激光通信的種類

按照激光傳輸環境的不同，可以將衛星激光通信分為兩大類：一種是真空環境下的激光通信，它也叫做星間激光通信，這種通信技術主要應用在比較特殊的設備中，因為在一般環境下，很難達到真空的要求，因此使用的范圍較小，局限性較大，例如在衛星與衛星或者與飛船、航天飛機等之間的通信屬于真空通信，因為太空中沒有空氣，達到這一要求相對簡單；第二種是在大氣環境下進行的激光通信，這種通信技術應用比較廣泛，例如在衛星與地面、海上用戶及空中飛行器的連接等，它也叫做星地激光通信。

衛星激光通信技術的研發開始于20世紀70年代，在當時情況下，人們已經意識到微波通信的局限性，于是開始探索新的通信方式，到了20世紀90年代才開始進行實驗，研究的時間非常長，因此，該技術仍然處在發展階段，現階段的發展狀況仍然有前進的空間，而且未來的發展前景也是非常廣闊的［1］。

2　衛星激光通信技術的發展現狀

衛星激光通信技術的發展時間不是很長，因此，它現在的技術還很難應用到實踐當中，該技術還有許多問題需要去解決，例如美國。美國在衛星激光通信技術上的研究時間最長，而且取得的成績也是最好的，在1994年，美國研發中心開始對深空通信方案進行詳細地論證，以期能夠找出衛星激光通信的核心技術，它們首先綜合分析了激光同X波段/Ka波段通信的效費比，最終的結果顯示激光技術在進行大數據量的傳輸作用方面存在明顯的優勢，這種優勢非常明顯。在之后的過程中，美國研發中心開始在激光調制/檢測的方法方面進行了細致的研究，研發中心最后明確了發展的方向，那就是以脈沖位置調制及其相關改進調制的方式當做重點的發展方向。美國研發中心也進行了深空數據的星載中繼和地面站直接接收方案比較，結果表顯示，要想實現不間斷地深空激光鏈路的數據中繼，單個星載中繼站與多個地面站投資成本是差不多的。但是多地面站聯網工作的優勢較為突出，例如它可以通過分散部署降低天氣對激光通信的影響，進而能夠使其達到與星載中繼站的方式相同的效果，同時，這種技術在天氣情況非常好的前提下，能夠在同一時間對多個深空探測器進行精確的跟蹤，提高工作的效率。因此，美國在該技術上的研發重點是用于深空通信的多光學地面站。研發中心在2009年時，又進行了實地實驗，設計了3路上行信號光當做通信的載體，這些激光的最大發射功率超過20 mW，功率非常強，在其他國家很難達到這一功率，但是，這項實驗并沒有取得非常好的效果，因為衛星上的平均接收功率還是非常低，只有不到-70 dBm，很難達到通信的要求，而且，信號的強度只能達到精跟蹤傳感器的靈敏度。因此，上行鏈路只能維持基本的光束跟蹤，并不能保證碼元同步，常常會出現信號太弱導致時鐘同步失鎖的情況發生，造成通信中斷［2］。

3　衛星激光通信技術的發展趨勢

從美國研發中心的研究結果可以看出，目前衛星激光通信技術的發展現狀仍然不是非常樂觀，最主要的原因就是激光功率強度的大幅度衰減，地面激光在達到衛星的過程中，會損失大量的能量，使得達到衛星的激光強度非常弱，這種強度勢必會造成通信數據的丟失，進而難以滿足通信的需求，美國的激光發射設備具有一米以上的超大孔徑天線，具備完善的光機電一體配套設施，并配備非常精密的測控系統，但是，這些客觀條件仍然不能滿足衛星上接收到信號的需求，信號的穩定性仍然非常差。激光在上行過程中會遇到非常多的空氣介質，這些介質會阻礙激光的前進，激光在穿越空氣時，會損失掉非常多的能量，進而導致激光強度受到衰減，而激光在從衛星達到地面的過程中，損失的能量較小，因為，在太空中的介質幾乎為零，損失的能量可以忽略不計，直到接近地面時才會有大氣衰減和相位畸變。因此，解決激光通信難題的關鍵是減少地面到衛星的衰減，降低損耗，提高激光傳輸的有效性。

衛星激光通信技術的發展已經接近成熟的第二代，距離實際應用越來越近。借助衛星激光鏈路組建空間骨干網具備了初步的硬件條件，空間組網是衛星激光通信下一步發展趨勢。

4　結語

衛星激光通信技術的發展難題就是地面到衛星的傳輸影響，在這過程中會造成激光能量的衰減，使得激光的能量無法達到傳輸的需求，因此必須提高其傳輸效率。該技術的發展趨勢是建立空間組網，使得激光在更加有效的環境下進行傳輸。

［1］李勇軍，趙尚弘，吳繼禮.零相位因子LEO/MEO雙層衛星光網絡設計［J］.中國科學，2011（2）:10-21.

［2］楊宇冠.多脈沖位置調制衛星光通信中時鐘抖動對比特錯誤概率影響［J］.光學學報，2013（9）:20-24.

（編輯：王璐）

Satellite Laser Communication Situation and Development Trend

Song Chunhuan
（Electronic and Information Engineering College of Xi'an Technological University，Xi'an Shaanxi 710023）

This paper focuses on the last decade of satellite laser communication research，focusing on the status of the development of satellite laser communications，as well as future trends in satellite laser communications in the most recent rapid development，has achieved very good results，which item technology has reached maturity about the second generation，the future will be extended to people's daily use among the community's help is very great.I hope that some of the points of this paper can be on the development of satellite laser communication technologies help.

satellite laser communication；status quo；trends；Analysis

TN929

A

2095-0748（2015）21-0072-02

10.16525/j.cnki.14-1362/n.2015.21.31

2015-10-08

宋春煥（1979—），男，四川南充人，碩士，講師，研究方向：控制與測試技術、數字信號處理。