空间激光通信光端机发展水平与发展趋势

关晓宇

摘要：在激光通信技术的不断发展过程中会进行不断地优化和完善，能够更精确的掌握数据和信息，会越来越多的应用到各个领域，提供更大的社会效益和经济效益。

关键词：空间激光通信光端机;发展水平;发展趋势

引言：

不论从理论研究还是应用研究实证分析方面，国内对激光通信组网技术和适用于组网通信的光端机的研究都还处于方案论证阶段，这也就意味着许多问题还有非常大的空间有待我们进一步的深入探索。

1空间激光通信的基本内容

1.1空间激光通信的基本过程

在空间激光通信技术的设计工作上是依托于通信距离、误码率以及传输距离等因素的要求来实现的，空间激光通信设备是光学结构原理的产物。空间激光设备是通过是在能够有效的感知被通信设备的基础上来进行的初步的空间位置定位，主动星会发射一定的标光信号进行主动的搜索工作，如果在粗跟踪探测器中发现标光斑就说明已经建立起一个有效的探测系统。在粗跟踪的过程中都是开环的控制系统，相比之下精跟踪则是通过闭环的控制系统来组成的，精跟踪所捕捉的数据在达到了一定的精准度的情况下就要进行双方的数据传输工作。但是在这样的通信传输工作的进行过程中卫星还是一个相对运动的状态，这就会在很大的程度上影响跟踪的精度，这时候就要采取一定的补偿措施，可以采用超前角瞄准单元进行有效的补偿工作，这样对于空间动态的瞄准和跟踪能够有效的实现，在精跟踪的过程中要充分的保证动态上的精准度，以免影响整个通信质量。

1.2空间激光链路分类

空间激光通信的分类主要是通过距离和应用的不同来进行分类的，其中包括：低轨和同步轨道通信、同步轨道和地面轨道通信、同步轨道和同步轨道通信、低轨和低轨之间的通信、低轨和地面之间的通信、地面之间的各站点之间的通信、地面和飞机等的通信这几种通信的主要途径，在空间技术的调解技术上可以分为直接的和相干的两种探测解调技术，随着相关的技术不断在进行调高，相干探测解调技术在探测的灵敏度上更高，能够将探测数据的精度明显的提高，具有一定的使用优势，所以在空间通信技术的研究工作中成为一项主要的研究对象。

1.3空间激光通信性能参数

在对空间激光技术的性能参数进行衡量时主要是通过距离、通信的速度和误码率来进行有效的判断的，在空间激光通信技术的终端上还有激光波长、激光的发散角等方面的一些参数上的指示。

2国内外激光通信光端机的发展现状

实现激光通信的载体叫光端机。光端机是实现空间激光通信技术的核心，它是以光学系统为基础，借助APT、自动控制等辅助技术，实现激光通信的功能。随着各种平台和链路激光通信实验的进展，激光通信的核心系统——光端机的研发也发生了质的飞跃。

2.1国外光端机发展情况

目前，美、日、欧是开展激光通信系统研究的先进国家，对空间激光通信链路理论、关键技术进行了深入研究，在不同的平台上、不同的链路里进行了大量、丰富的工程化实验，积累了丰富的成果。而完成这些实验成果的核心系统即光端机大致经历了两代的发展进化过程。

2.2国内光端机发展情况

相比于欧洲、日本和美国，我国在空间光通信领域起步较晚，在20世纪90年代才开始有比较多的研究。但我国在该领域发展迅速，多家单位开展了深入研究，主要机构有哈尔滨工业大学和长春理工大学等高校，中国科学院上海光学精密研究所和中国科学院光电技术研究所（成都）等中国科学院研究单位，以及中国电子科技集团公司第34所和27所等。值得一提的是，国内不同研究机构的研究方向各有不同，呈现出比较鲜明的特点。

星载对地通信光端机的研发方面，哈工大于2011年进行的星地通信实验取得成功，通信距离为2000公里，速率为504Mbps。空地通信光端机的研发方面，长春理工大学空间技术研究所于2011年实验成功，通信速率为1.5Gbps，通信距离为17.5公里。飞机对飞机通信光端机的研发方面，长春理工大学空间技术研究于2013年实验成功，通信速率为2.5Gbps，通信距离为144公里。亦有其他单位的相关研究也取得了更多成就。

我国目前在空间光通信领域发展势头良好，下一步应该结合各个单位的研究特点，加强交流与合作，并争取在基础器件研制和最新理论研究上取得突破。

3未来激光通信光端机的发展趋势

经过近40年的发展，星间激光通信从理论探索到实验研究，从地面验证到星载实验，通信速率从50Mb/s发展到5.6Gb/s，已经步入接近成熟的第二代，距离实际应用越来越近。借助卫星激光链路组建空间骨干网具备了初步的硬件条件，空间组网是卫星激光通信下一步发展趋势。激光通信只有在多平台实现组网才能发挥其更大价值，即通过激光链路把不同轨道的卫星和空间站、飞机、浮空器、地面的基站（OGS）、舰船、汽车等组成空天陆海为一体的全方位战略通信网络，实现立体的全方位的通信连接。目前美国、欧洲、日本、俄罗斯等国家均提出了雄心勃勃的多平台间激光通信网络发展计划。

在激光通信技术的未来发展中主要表现出以下几点发展的趋势：第一，在探测体制上已经逐渐的表现出从直接探测向相干探测和复合探测的方向上进行转变，这样能够有效的实现激光通信系統对环境的适应性额和同其他系统之间的互通性。第二，在通信的波长上逐渐的走向1.55μm波的过渡，这表明激光通信技术的容量在不断地走向扩大的趋势，也是未来的技术发展的重要趋势之一。第三，在未来的激光通信技术的发展中纳米技术的应用会有效的推动激光通信技术的发展，纳米技术的不断发展会更好的解决空间环境的适应性问题。第四，在未来的激光通信技术的发展中会实现更好的经典光通信和量子光通信之间的结合。第五，激光通信将成为深空探测活动的主要通信方式。

结束语：

激光通信技术和传统通信技术相比具有极大的优越性和广阔的应用前景，其中光端机是实现空间激光通信的核心系统。空间遥感技术在不断的发展，其发展对于相机的空间分辨率和光谱分辨率等各项指标都有所提升，在这样的指标上升的同时大量的空间探测到的数据需要及时有效的输送到地面，这些数据能够给科学研究工作带来很大的帮助，能够充分的实现空间仪器的应用价值，激光通信在容量上比较大，这是其一个显著的特点，并且在光学的增益上较大、发散角小并且具有强大的抗干扰能力和抗截获能力，都是其应用中的主要优势。

参考文献：

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[2]姜会林，安岩，张雅琳，江伦，赵义武，董科研，张鹏，王超，战俊彤.空间激光通信现状、发展趋势及关键技术分析[J].飞行器测控学报，2015，03：207-217.