关于空间激光通信技术的研究

摘要 ： 空间机关通信技 术是 目前 较先进 的一种 通信技术 ， 它以其独特 的优 势在通信领域 中得到 了广泛的应用。文章先是
介 绍 了空 间激 光 通 信 技 术 的 优 势 ， 然后 重 点 阐述 了 空 间激 光 通 讯 的 的 关 键 技 术 。 关键词 ： 自由空 间 ； 激光通信 ； 关键 技 术 中 图分 类 号 ： Ｔ Ｎ９ ２ ９ ． １ ２ 文献标识码 ： Ａ 文章 编 号 ： １ ６ ７ ３ — １ １ ３ １ （ ２ ０ １ ４ ） ０ ８ ． ０ １ ９ ８ ． 【 ） １
２ ０ １ ４ 年 第 ８ 期
信 息 通 信
Ｉ ＮＦＯＲＭ ＡＴ Ｉ ＯＮ ＆ Ｃ ＯＭ Ｍ ＵＮＩ ＣＡＴ１ ０ＮＳ
２ Ｏ １ ４
（ 总第 １ ４ ０期）
（ Ｓ ｕ ｍ ． Ｎ ｏ １ ４ ０ ）
关于空间激光通信技术的研究
杨岩虎 ， 马东辉
（ 廊坊市开发 区中油新星 电信工程有限公司 ， 河北 廊坊 ０ ６ ５ ０ ０ ０ ）
的发 射 功 率 ， 因此， 此通信技术具有较低的功耗。 （ ４ ） 自由 空 间激 光 通 信 具 有较 强 的保 密 性 。因为 激 光 具有
系统 中由于存在参照系统计算误差 、光束姿态监测误差还有 卫星在空间 内的浮动和振 动系统的误差 ，使得信号收发双方 在对准后存在一个不确定角，而为 了能够准确地捕捉到空间 中的窄光束 ， 通常使用 Ｃ Ｃ Ｄ探测仪来实现 。另外为 了使通信 链路 中信标信号不被掩盖 ， 可 以在接收机中添加超窄带宽、 高 透射率 的光学滤波器 。 （ ３ ） 跟踪和瞄准系统 。在完成信号 目标的捕捉后， 采用 四 像 限红外探测器 Ｑ Ｄ 或 Ｑ． ＡＰ Ｄ高 灵敏度位置传感器来对 空 间 目标 光 束 进 行 跟 踪 、 瞄准 ， 同 时在 这 个 过 程 中还 要 借 助 电子 学伺服控制系统 。 （ ４ ） 光信号抗 干扰 的接 收技术 。在空间激光通信系统中， 由接收机接收到 的信号是十分微弱的，同时在信 号接收到 的 过 程 中还 会 受 到 高 倍 噪 声 场 的 干 扰 。 为 了使 接 收 机 能 够 快 速 、 准确地捕捉 到空间将信号 ，首先采用提高接 收机 的灵敏度来 实现； 其次， 是对接收 到的空间信号进行处理。信 号处理采 用 的方 式 是在 光 信 道 上 安装 光 窄 带 滤波 器 来 抑制 其 他 光 的干 扰 ， 同时还 要使用微 弱信 号检测与处理技术 。
图 １空 间激 光 通 信 系 统 关 键 部 件原 理 图 （ ２ ） 空间激光通信链路的捕捉、 跟踪和瞄准技术 。捕捉系 统， 一般激光信标发射 出来的信好光束都比较窄， 在信号捕捉
信 中使用的激光光速具有较大的发散角，能够使 能量 高度集 中， 因此落在接 收机 设备的功率较 高， 进 而大大降低 了发射机
通信时要求发射机的输出功率要大，同时其 调制速率也要随 之增高 。空间激光通信系统中的光源通 常使 用的是半导体泵 浦的Ｙ Ａ Ｇ固体激光管器或半导体激光器来作为激光通信 的信
号光源 。 为了保证信号在大视场或是高背景光中免受干扰， 同
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目前， 对于那种卫星到卫星、 卫星到地面 的微波通信方式 已经不能够满足现代高速通信 的需求，为 了满足这种通信迫 切需求研制 出一种高频卫星通 信技 术。随着空间技术 的快速 发展， 人们发现 了一种波光极短的光波通讯方式， 而这种通信 方式实现 了高频卫星通信 。而在这类光波 中激光具有单色性 良好 、 功率密度 大和方 向性较强等光束特性 ， 进而 引发人们研 发 出了以激光光波为载体 的通信方 式，思和通信事业得到了快速 发展。在这个发展 的过程 中空 间激光通信技术具有较大的信 息容量、高速率 和高保密性在各个领域 中受到广泛使用。空 间激光通信 技术作 为现代 的一种新技术 ，在 目后的发展中一 定会给社会和人们作 出很 大的贡献 。
参考文献 ： ［ １ ］ 王 昆， 桂玉屏， 黎明聪． 近距 离无 线 激 光 通 信 系 统 的设 计 ［ Ｊ ］ ． 光纤与 电缆及其应用技术， ２ ０ １ ０ （ ６ ）
时能够快速 、 准确地捕捉并跟踪光信号 ， 需要信号光源提供 几 瓦量级 的连续光 。 要想在激光信号通信 中具有质量较好 、 调制 频率较高和信号发散角较小的输 出光束 ， 信号光源 则选用的是 半导体激光器 ， 其输 出功率为几十毫瓦 。 另外， 为了获得高速 、 长 距 离 的星 级 链 路 ， 在 不 增 加 信 号设 备 体 积 和 质 量 的 情况 下 ，
可 以通 过在发射机后接入末级高功率放大器来 实现 。
ｌ空 间激 光通 信技 术 的优 势
（ １ ） 自由空 间激 光 具有 较 大 的通 信 容量 。 激 光 的频 率 应 该 在 １ ０ １ ３～ １ ０ １ ７ Ｈｚ 之 间， 与微 波 相 比要 高 出 ３～ ４个 数 量 级 ， 其载波 的利用频带更大 ，而对 于光纤通信技术可 以将其移植
到空间通信 中，而现有的光波通信 中每束光波 的数据率都超 出２ ０ Ｇ ｂ ／ ｓ ， 另 外， 在使用中还可 以使用波分复用技术使其通信 容 量 增 加 几 十 倍 。所 以， 与微 波 通 信 相 比 ， 自由空 间激 光 通 信
在 通 信 容 量 上 占有 较 大 的 优 势 。 （ ２ ） 自由空 间激光通信具有较小 的体积和较轻的质量 。 因 为空 间激光通信通信具有较高的能量利用率，所 以进行激光
… … … ◆ 光路 —————＿ 呻 蟠
通信的发射机和供 电系统的重量也就相 应的减轻 了；由于激 光具有较短 的波长 ，因此在同样要求的信息发散角和教授视 角下 ， 就可以将 发射和接 收信 息的望远镜 的口径减小 ， 进而使 其质量减轻 、 体 积缩 小。 （ ３ ） 自由空 间激光通信就有较低 的功耗。因为空间激光通
较强的定 向性 ， 其发射出的光波较纤细 ， 且此种光束的发散 角 的弧度通常是毫弧度 ，所 以此种光束通信技术能够有 效地提 高通信抗干扰 的能力 。 （ ５ ） 此种光波通讯技术的建设和维修成 本较低 。
２ 空 间激光 通信 系统 的关键 技 术
自由空间激 光通信通常是采用信标光来对空间中的信 息 光 束 进 行捕 捉 、 跟踪 、 瞄准 的， 然 后 由信 号 光 来 完 成 对 信 息 的 接 收。其通 信原理图如图 ｌ 所示 。 此通信 系统中的关键通信技术 主要有 以下几个方面： （ １ ） 空间激光通信系统 中的高功率光源。通 常情况 下， 在 空间通 信系统中采用低功 率控制激光器进而产生具有 良好频 率 的 光 信 号 ，然 后 使 用 外调 制 器 来 提 高 系统 中 的调 制 宽 带 以 降低通信中的串话现象。而在激光通信 中考虑到通信 的距离 较长 以及其在空间传播中损耗较大的特 点，因此在进行激光