空間激光通信光端機發展水平與發展趨勢

關曉宇

摘要：在激光通信技術的不斷發展過程中會進行不斷地優化和完善，能夠更精確的掌握數據和信息，會越來越多的應用到各個領域，提供更大的社會效益和經濟效益。

關鍵詞：空間激光通信光端機;發展水平;發展趨勢

引言：

不論從理論研究還是應用研究實證分析方面，國內對激光通信組網技術和適用于組網通信的光端機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一步的深入探索。

1空間激光通信的基本內容

1.1空間激光通信的基本過程

在空間激光通信技術的設計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現的，空間激光通信設備是光學結構原理的產物。空間激光設備是通過是在能夠有效的感知被通信設備的基礎上來進行的初步的空間位置定位，主動星會發射一定的標光信號進行主動的搜索工作，如果在粗跟蹤探測器中發現標光斑就說明已經建立起一個有效的探測系統。在粗跟蹤的過程中都是開環的控制系統，相比之下精跟蹤則是通過閉環的控制系統來組成的，精跟蹤所捕捉的數據在達到了一定的精準度的情況下就要進行雙方的數據傳輸工作。但是在這樣的通信傳輸工作的進行過程中衛星還是一個相對運動的狀態，這就會在很大的程度上影響跟蹤的精度，這時候就要采取一定的補償措施，可以采用超前角瞄準單元進行有效的補償工作，這樣對于空間動態的瞄準和跟蹤能夠有效的實現，在精跟蹤的過程中要充分的保證動態上的精準度，以免影響整個通信質量。

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用的不同來進行分類的，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、地面之間的各站點之間的通信、地面和飛機等的通信這幾種通信的主要途徑，在空間技術的調解技術上可以分為直接的和相干的兩種探測解調技術，隨著相關的技術不斷在進行調高，相干探測解調技術在探測的靈敏度上更高，能夠將探測數據的精度明顯的提高，具有一定的使用優勢，所以在空間通信技術的研究工作中成為一項主要的研究對象。

1.3空間激光通信性能參數

在對空間激光技術的性能參數進行衡量時主要是通過距離、通信的速度和誤碼率來進行有效的判斷的，在空間激光通信技術的終端上還有激光波長、激光的發散角等方面的一些參數上的指示。

2國內外激光通信光端機的發展現狀

實現激光通信的載體叫光端機。光端機是實現空間激光通信技術的核心，它是以光學系統為基礎，借助APT、自動控制等輔助技術，實現激光通信的功能。隨著各種平臺和鏈路激光通信實驗的進展，激光通信的核心系統——光端機的研發也發生了質的飛躍。

2.1國外光端機發展情況

目前，美、日、歐是開展激光通信系統研究的先進國家，對空間激光通信鏈路理論、關鍵技術進行了深入研究，在不同的平臺上、不同的鏈路里進行了大量、豐富的工程化實驗，積累了豐富的成果。而完成這些實驗成果的核心系統即光端機大致經歷了兩代的發展進化過程。

2.2國內光端機發展情況

相比于歐洲、日本和美國，我國在空間光通信領域起步較晚，在20世紀90年代才開始有比較多的研究。但我國在該領域發展迅速，多家單位開展了深入研究，主要機構有哈爾濱工業大學和長春理工大學等高校，中國科學院上海光學精密研究所和中國科學院光電技術研究所（成都）等中國科學院研究單位，以及中國電子科技集團公司第34所和27所等。值得一提的是，國內不同研究機構的研究方向各有不同，呈現出比較鮮明的特點。

星載對地通信光端機的研發方面，哈工大于2011年進行的星地通信實驗取得成功，通信距離為2000公里，速率為504Mbps。空地通信光端機的研發方面，長春理工大學空間技術研究所于2011年實驗成功，通信速率為1.5Gbps，通信距離為17.5公里。飛機對飛機通信光端機的研發方面，長春理工大學空間技術研究于2013年實驗成功，通信速率為2.5Gbps，通信距離為144公里。亦有其他單位的相關研究也取得了更多成就。

我國目前在空間光通信領域發展勢頭良好，下一步應該結合各個單位的研究特點，加強交流與合作，并爭取在基礎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的發展趨勢

經過近40年的發展，星間激光通信從理論探索到實驗研究，從地面驗證到星載實驗，通信速率從50Mb/s發展到5.6Gb/s，已經步入接近成熟的第二代，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。激光通信只有在多平臺實現組網才能發揮其更大價值，即通過激光鏈路把不同軌道的衛星和空間站、飛機、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略通信網絡，實現立體的全方位的通信連接。目前美國、歐洲、日本、俄羅斯等國家均提出了雄心勃勃的多平臺間激光通信網絡發展計劃。

在激光通信技術的未來發展中主要表現出以下幾點發展的趨勢：第一，在探測體制上已經逐漸的表現出從直接探測向相干探測和復合探測的方向上進行轉變，這樣能夠有效的實現激光通信系統對環境的適應性額和同其他系統之間的互通性。第二，在通信的波長上逐漸的走向1.55μm波的過渡，這表明激光通信技術的容量在不斷地走向擴大的趨勢，也是未來的技術發展的重要趨勢之一。第三，在未來的激光通信技術的發展中納米技術的應用會有效的推動激光通信技術的發展，納米技術的不斷發展會更好的解決空間環境的適應性問題。第四，在未來的激光通信技術的發展中會實現更好的經典光通信和量子光通信之間的結合。第五，激光通信將成為深空探測活動的主要通信方式。

結束語：

激光通信技術和傳統通信技術相比具有極大的優越性和廣闊的應用前景，其中光端機是實現空間激光通信的核心系統。空間遙感技術在不斷的發展，其發展對于相機的空間分辨率和光譜分辨率等各項指標都有所提升，在這樣的指標上升的同時大量的空間探測到的數據需要及時有效的輸送到地面，這些數據能夠給科學研究工作帶來很大的幫助，能夠充分的實現空間儀器的應用價值，激光通信在容量上比較大，這是其一個顯著的特點，并且在光學的增益上較大、發散角小并且具有強大的抗干擾能力和抗截獲能力，都是其應用中的主要優勢。

參考文獻：

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