空间光通信技术的发展与展望刍议

姜 锋

（92941部队45分队，葫芦岛 125000）

基于信息流量的快速增加，以微波为核心的空间卫星通信技术的弱点也逐渐暴露出来。也就是说，在通信数据率增加的同时，微波这一传统手段也面临着最高传输率的理论困境。在这种情况下，光通信领域的重要性逐渐突显出来，借助光通信较高的数据传输率应用，希望能够有效解决存在的问题。由此可见，深入研究并分析空间光通信技术的发展与展望具有一定的现实意义。

1 空间光通信技术的发展

伴随航天技术的快速发展，以地球轨道为中心所运行的飞行器数量不断增多，而飞行器间以及其与地面站都要实现有效的通信，在通信数据量迅速提高的情况下，使得通信系统所面临的挑战愈加严峻[1]。而卫星通信地面站的构建也会产生地面运行与维护费用、需要更多的地面运行维护工作人员，直接影响了系统运行的可靠性与效率。在这种情况下，应积极创建卫星和卫星之间的通信链路，也就是中继星与中继链路。

所谓的数据中继卫星，就是以地面站与低地球轨道为主要对象，不断延长航天器接触的时间，有效融合测控功能与通信功能。在通信、科学实验以及载人航天器等方面，都对数据传输率的速度提出了较高的要求，只有这样，才能够确保信息传输速度更快。根据第一代跟踪数据中继卫星系统的运行状况可以发现，因微波通信频段的容量十分有限，所以无法与全新需求相适应。与此同时，有限同步轨道资源当中的卫星数量不断增加，而且微波通信系统之间的干扰问题也逐渐突显出来。

通过对卫星光通信技术的应用，能够对以上问题进行有效地解决。所谓的卫星光通信，具体指的就是在空间信道当中，借助激光的方式有效地替代微波并完成链路与信号传输。现阶段，卫星微波通信所使用的频段一般处于300MHz-300GHz范围内，但是卫星光通信本身的频段可以达到300THz，两者之间的差距相对明显。所以说，选择使用光波段通信的过程中，能够使通信带宽不断增加，而且通信数据率还能够实现Gbps[2]。除此之外，激光波束很窄，所以一般不会存在互相干扰的问题。在此基础上，卫星光通信终端的体积与质量不大，功耗偏低，为星载合理运行提供了极大的便利。

卫星光通信可以在同步轨道卫星间的通信当中，也可以在低轨道卫星和同步轨道卫星通信应用，较之于微波通信，卫星光通信的优势十分明显，集中表现在以下几个方面：

首先，调制带宽增加。在增加载波频率理论方面，使得传输的带宽明显增大，使得系统通信容量明显提高。

其次，设备体积下降。光波的波长是RF与微波波长的1/1000与1/100000，对卫星通信体积产生影响的常见因素就是天线的尺寸，其在卫星光通信系统当中会迅速地下降。

最后，抗干扰性能与保密性能得以增强。卫星光通信对光束进行传输的过程中，因传输路径过窄，接收视域也不大，所以要想窃取亦或是人为干扰，具有极大的难度[3]。

2 空间光通信技术的展望

较之于微波通信，卫星光通信对于捕获跟踪技术与瞄准技术的要求不断提高。一般情况下，瞄准精准度会在微弧度量级中应用，为确保特定误码率条件下通信的合理性，就必须要高度重视跟踪精准度的重要性。在星地与星间卫星光通信而言，因链路时间不长，所以要求捕获时间在分钟量级中完成。

在我国，上世纪七十年代初期，就针对无线光通信单元技术与通信系统展开了深入地研究，然而却始终受诸多条件的限制[4]。至九十年代初期，将卫星通信作为主要背景，开展了卫星光通信技术的研究。

其中，哈工大深入调研并跟踪了卫星光通信技术，对卫星光通信未来发展趋势进行了分析。随后，承担空间光通信技术研究项目，探讨了卫星光通讯系统基本概念以及信号传输基本系统，对微型光通信模拟实验终端进行了研制，实现了卫星光通信模拟实验，并为卫星光通信空间演示验证系统的研制以及卫星光通信实验的开展提供了必要的保障，这同样代表了国内卫星光通信研究的空间试验发展趋势[5]。

而电子科技大学对激光大气通信理论以及技术等实施了研究，将地与地间的大气传输光通信作为主要的应用背景。随后，基于激光大气通信研究，开展了卫星光通信瞄准捕获跟踪技术。

3 结束语

综上所述，空间卫星光通信技术在我国的发展时间并不长，但同样取得了理想的发展成绩。也就是说，在未来发展的过程中，工程实用化空间光通信终端就能够实现搭载应用，以保证空间通信技术取得理想的发展成绩。而作为空间卫星光通信研究人员，则应在工作中紧紧把握研发时机，尽可能优化空间光通信的研究水平，以保证实用化发展目标的实现。