空間激光通信技術最新進展與趨勢

梅依賢

摘 要：光釬通信系統已經被推向我國通信市場，但是研究人員對高速通信系統的關注程度更高。對此，我國通信部門已經對空間激光通信技術展開了研究分析。空間激光通信技術相比傳統的通信技術具有以下應用優勢：一是傳輸速率高，二是天線尺寸小，三是抗干擾性強，四是保密性好。很多國家都在加大空間激光通信技術的研究力度和資金量，特別是ESA。長距離的通信也只能依靠空間激光通信技術才能實現，這是光釬通信技術無法實現的。由此可以看出，空間激光通信技術具有廣闊的發展前景。

關鍵詞：空間激光通信技術 最新進展 趨勢

中圖分類號：TN929.1 文獻標識碼 文章編號：1672-3791（2016）11（b）-0003-02

空間激光通信具有通信容量大，通信速率、抗干擾能力強，抗截獲能力強和重量輕等多種優點，是以激光為載波，在空間中實現多種信息進行無線傳輸的通信方式。從歷年的空間激光通信技術的發展歷程來看，ESA的作用不可小視，ESA代表空間激光通信技術的最高水平，對于空間激光通信技術的發展有很大影響。但是，對于我國而言，我國空間激光通信技術還處在發展的初級階段，還在摸索空間激光通信技術的發展方向，可結合本國的情況借鑒發達國家空間激光通信技術的發展經驗。

1 空間激光通信技術最新進展

目前，國內外空間激光通信發展迅速，歐洲、美國、日本、德國等地區和國家對空間激光通信技術進行了大量的研究，為空間激光通信技術做出了巨大的研究貢獻。如表1所示，展示了近幾年美國等國在空間激光通信技術研究方面比較有代表性的成果。

2 空間激光通信技術發展趨勢

2.1 直接探測體制發展

相比而言，空間激光通信直接探測體制的結構比較簡單，操作起來比較方便，因而被廣泛應用于第一代激光通信系統內部。但是，從實際空間激光通信環境來看，光強度對通信系統的影響比較大，而且會受到噪音的干擾，空間激光通信直接探測體制無法滿足空間激光通信系統的運行需求，敏感度較低。經過空間激光通信專業人士的多年研究，ESA于2008年被安裝在衛星上，對空間激光通信系統進行端口檢測，同時也對相干通信展開了實驗分析，誤碼率非常小，而且信息傳輸的速度非常快。目前，空間激光通信技術還將不斷完善。為了不斷提高激光通信系統的實用性和通用性，未來的發展趨勢是探測體制的發展從單一體制向復合探測體制轉變。

2.2 傳統量子通信的變革

1980年量子通信被首次提出，量子通信應用了加密技術，可以保證傳輸信息的絕對安全，量子通信一提出就受到了人們的廣泛關注。2004年，經過多位空間激光通信科學家的研究實驗，實現了量子通信的遠距離傳輸，量子通信可以透過地面大氣依舊保持糾纏特性。2006年，量子通信實現了超遠距離的空間通信。截止到目前為止，我國科學家對于量子通信的研究已經創造了新的歷史。量子通信具有巨大的發展潛力，空間激光通信研究人員也正是看重了量子通信的這一巨大發展潛力，研究人員從2002—2007年展開了多項研究，總結出影響量子通信的多種因素。經過幾年的發展，傳統量子通信的變革研究的技術逐漸成熟，正在快速向實用化、加密化邁進。將衛星光通信與量子光通信相結合，進行衛星光通信中的量子密鑰分發是衛星光通信保密技術一個新的發展方向。

2.3 光子集成化升級

空間激光通信光子技術包括：一是光纖光學，二是集成光學，三是微光子學。光子技術具有以下特點和優點：一是損耗較小，二是協議透明，三是抗干擾性強，四是不誘導電磁干擾，五是重量小，六是體積小，七是柔韌性好，八是無互相耦合。空間激光通信光子技術特別適合應用于航天環境中；1990年，美國經過實驗證明光子技術確實可以應用于航天器中；2002年，研發部門加大了研究光子技術的資金量，研究的內容為：一是通信鏈路，二是模數轉換，三是頻率轉換，四是本振生成，五是光束形成網絡，六是傳感，七是成像光纖；2009年，西方國家發射出的衛星上就設置了光子器件。如今，空間激光通信光子技術正朝著光子PCB的方向發展，空間激光通信技術標準也在不斷提高。

2.4 天基網絡的一體化演變

空間激光通信技術發展的最終目標是實現全球數據覆蓋，與地面形成網絡鏈路。在空間激光通信技術的研究初期，研究人員把更多的精力放在空間激光通信鏈路的研究和實驗上。2000年后，研究人員開始加大天基網絡一體化演變的研究力度。如今，空間激光通信研究人員提出了天基混合網絡結構，并對天基網絡的性能和所帶來的經濟效益做出了研究分析。但是，我國的天基網絡一體化演變還處在理論研究階段，還未真正實踐，還有很多空間激光通信技術問題亟需解決。

2.5 空間激光通信向深空邁進

人們一直想更加深入地了解星空，國外發達國家自20世紀90年代初期便開始了以激光通信作為深空探測通信方式的相關研究。近幾年人們對天空的探索熱潮一直不退。如今，研究人員把探索星空的希望寄托在空間激光通信技術上，西方國家也在加大空間激光通信技術應用于衛星上的研究力度。空間激光通信研究人員經過多年的努力，收到了不錯的成果。在ESA和NASA（美國國家航空航天局）未來的深空探測計劃中，激光通信將成為深空探測活動的主要通信方式。

3 結語

從實際空間激光通信環境來看，光強度對通信系統的影響比較大，而且會受到噪音的干擾，直接探測體制無法滿足空間激光通信系統的運行需求，敏感度較低。2004年，經過多位科學家的研究實驗，量子遠距離的傳輸通信實現了，透過地面大氣量子通信可以依舊保持糾纏特性。如今，光子技術正朝著光子PCB的方向發展，空間激光通信技術標準也在不斷提高。空間激光通信技術發展的最終目標是實現全球數據覆蓋，與地面形成網絡鏈路。但是，我國的天基網絡一體化演變還處在理論研究階段，還未真正實踐，還有很多空間激光通信技術問題亟需解決。截止到目前為止，我國科學家對于空間激光通信的研究已經創造了新的歷史。

參考文獻

[1]張靚，郭麗紅，劉向南，等.空間激光通信技術最新進展與趨勢[J].飛行器測控學報，2013（4）：286-293.

[2]李瑋.激光通信測距技術發展現狀及趨勢研究[J].激光與紅外，2013（8）：864-866.

[3]王曉海.國外空間激光通信系統技術最新進展[J].現代電信科技，2006（3）：41-45.

[4]姜會林，安巖，張雅琳，等.空間激光通信現狀、發展趨勢及關鍵技術分析[J].行器測控學報，2015，34（3）：207-217.