各国空间激光通信现状
国外卫星激光通信系统技术及新进展
国外卫星激光通信系统技术及新进展新世纪，科技发展日新月异，采用高频激光进行空间卫星通信已经成为现代通信技术发展的新热点。
卫星光通信是人们经过多年探索并于近几年取得突破性进展的新技术。
它是一种崭新的空间通信手段，利用人造地球卫星作为中继站转发激光信号，从而实现在多个卫星之间以及卫星与地面设备之间的通信。
由于卫星光通信具有诸多优点，所以吸引着各国专家锲而不舍的探索。
近几年，美国、欧空局各成员国、日本等国都对卫星光通信技术极其重视，对卫星光通信系统所涉及的各项关键技术展开了全面深入的研究。
随着遥感器分辨率不断提高，对传输速率的要求也越来越高，因此用传统的微波数据传输方式难度很大。
在这种情况下，倘若改用激光通信传输，那么便可比较容易的满足要求，就其通道终端设备自身而言实现难度相对较小。
当然，事物都有两面性，由于激光通信的波束很窄（一般为几十微弧度），对两个都处于运动的通信系统来说，激光束的捕获、跟踪和瞄准都具有较大的挑战性，是急待攻关解决的难题。
空间激光通信作为高性能卫星通信技术中的关键性课题，国际上开展了大量的研究工作，美、欧、日等国投入大量的人力物力进行相关技术的研究和空间光通信实验装置的开发。
链路系统概况未来的空间通信网络既包括轨道间链路(IOL)，同时又包括星间链路(ISL)。
通常所说的星间链路是IOL和ISL的总称。
目前国际上所开展的有关星间链路的研究主要是指IOL。
IOL是指由地球低轨(LEO)到地球同步轨道(GEO)间的链路；而ISL是指占据相同轨道的既可以是LEO也可以是GEO的卫星间的链路。
星间链路一般被认为是多波束卫星的一种特殊波束，该波束并不指向地球而是指向其它卫星。
卫星网络互联本身就含有卫星之间的互联以及卫星与地面站之间的互联两层含义。
今天，在卫星光通信领域已取得突破性进展———成功的实现了卫星———地面、卫星———卫星之间的光通信试验。
欧洲的空间激光通信的发展基于欧洲各国的合作，欧空局（ESA）在卫星激光通信的研究方面也投入了大量资金，先后研制了以不同星间链路为背景的一系列卫星激光通信终端，如SILE某和SOUT。
空间激光通信研究现状及发展趋势
第5卷 第2期2012年4月 中国光学 Chinese Optics Vol.5 No.2 Apr.2012 收稿日期:2012⁃02⁃28;修订日期:2012⁃03⁃25 基金项目:国防科工局基础科研基金资助项目(No.A362080230)文章编号 1674⁃2915(2012)02⁃0116⁃09空间激光通信研究现状及发展趋势付 强1,姜会林1∗,王晓曼2,刘 智2,佟首峰1,张立中1(1.长春理工大学空间光电技术研究所,吉林长春130022;2.长春理工大学电子信息工程学院,吉林长春130022)摘要:综述了空间激光通信的技术优势,总结了国外主要空间激光通信系统运行计划和相应的参数指标,重点介绍了空间激光通信技术在美国、欧洲、日本的研究现状,给出了激光通信的关键技术。
指出了未来的空间激光通信技术不仅会使通信速率越来越高,其通信模式也会从点对点单一通信模式向中继转发和构建空间激光通信网络方向发展。
最后对我国空间激光通信技术的发展作了简要介绍。
关 键 词:空间激光通信;数据传输;通信模式中图分类号:TN929.12 文献标识码:A doi:10.3788/CO.20120502.0116Research status and development trend ofspace laser communicationFU Qiang 1,JIANG Hui⁃lin 1∗,WANG Xiao⁃man 2,LIU Zhi 2,TONG Shou⁃feng 1,ZHANG Li⁃zhong 1(1.Institute of Space Photoelectric Technology ,Changchun University of Science and Technology ,Changchun 130022,China ;2.School of Electronics and Information Engineering ,Changchun Universityof Science and Technology ,Changchun 130022,China )∗Corresponding author ,E⁃mail :HLJiang @Abstract :This paper reviews the outstanding advantages of space laser communication and gives the operatingplans of main foreign communication links and their technological parameters.It describes the present situation of space laser communication in the United States,Europe and Japan in detail,and explains the key technolo⁃gies of space laser communication.It points out that the transmission speed of the laser communication will be faster and faster in future and the communicating model also can be changed from the points to points to the re⁃laying repeater and constructing space communication networks.Finally,this paper introduces the develop⁃ment of space laser communication briefly in China.Key words :space laser communication;data transmission;communication mode1 引 言 空间激光通信经过多年探索取得了突破性进展,已成为解决微波通信瓶颈、构建天基宽带网、实现对地观测海量数据实时传输的有效手段,具有很大的民用和军用潜力。
空间激光通信研究现状及发展趋势
空间激光通信研究现状及发展趋势随着探测技术的不断进步，人类的航天技术也日益发展。
空间探测器已经成为了开展空间科学研究和资源勘探的有力工具，而空间通信技术则是实现载人研究、机器人探测和资源开发的重要保障。
空间通信技术是指在空间环境中进行信息传输的技术，包括天基通信和空间激光通信，其中空间激光通信技术是目前技术最为先进和具有广阔应用前景的空间通信技术之一。
空间激光通信技术是一种基于激光传输的通信技术，它具有信道容量大、抗干扰能力强、数据传输速率快、具有高度保密性等优势。
传统的空间通信技术受限于电磁波频段的带宽和天线尺寸，无法满足高速数据传输和高分辨率图像等需求。
而激光通信技术可支持大容量、高速率、长距离的信息传输，是进行航天通信的重要手段。
目前，国内外已经展开了大量的空间激光通信研究，并取得了一些重要的进展。
美国是空间激光通信技术的主要国家之一。
美国空军研究实验室（AFRL）早在上世纪八十年代就开始进行空间激光通信的研究，发展了一种基于半导体激光器的100 Mbit/s 激光通信系统，并成功地将其应用于实际任务中。
同时，美国国家航空航天局（NASA）也在空间激光通信技术方面进行了大量的研究工作，开展了多项实验验证。
2013年，NASA 在与月球轨道器LADEE（月球大气与尘埃环境探测器）的连通实验中，实现了高速的空间激光通信，创下了2.88 Gbit/s的世界纪录。
我国也在积极开展空间激光通信研究，并取得了重要的成果。
2016年，中国空间技术研究院成功地开展了天地双向激光通信的首次实验，并实现了200 Mbit/s的数据传输速率，这是我国首次在空间激光通信领域取得的重要进展。
同时，国内企业也在积极开展相关研究，如中国船舶重工集团在2018年成功实现了海试激光通信技术，实现了近200 Mbit/s的数据传输速率。
当前，空间激光通信技术仍然存在着一些挑战和问题。
首先，激光通信技术在应用过程中受到天气条件的影响，例如雨雾、云层等气象因素会导致激光信号的衰减和散射，进而影响通信质量和距离。
空间光通信技术及其发展前景
空间光通信技术及其发展前景随着信息时代的到来，现代人们对于通信技术的需求变得越来越高，越来越多的人们需要在全球范围内进行通信。
目前，在空间通信领域中，人类大致上已经实现了三种形式的通信模式：卫星通信、地面激光通信与空间光通信。
本文将重点介绍空间光通信技术及其发展前景。
一、空间光通信技术的概述空间光通信技术是指利用激光器来进行太空通信的一种技术，通信的双方通过空间光束来传递信息。
相比传统的卫星通信技术，空间光通信技术具有传输速度快、容量大、信噪比高、安全性高等优点。
空间光通信技术在空间望远镜、卫星、飞船等领域都有广泛的应用。
二、空间光通信技术的发展情况空间光通信技术的发展可以分为以下三个阶段：1. 空间激光测距阶段20世纪60年代，美日之间的“引力波探测”合作计划迫切需要解决精确测量地球半径、地球扁率、质量等困难问题，众多研究机构和企业竞相研发了一款What system 发射器，这标志着光通信技术在空间领域的首次应用。
2. 超广带激光测距阶段90年代初，美国航空航天局（NASA）和欧洲空间局（ESA）为了研究太阳系行星碰撞而开展的“迈克尔·福克斯”号任务，使得空间激光通信迈进了新阶段。
卫星上的激光器与地面接收器之间成功地实现了数据传输。
3. 更高速率激光通信阶段进入21世纪，随着光纤通信技术的迅猛发展，人们也希望用光纤通信的方式来传输空间信息。
基于此，美国国家航空航天局于2006年7月发射的月球勘测轨道器（LRO），使用的便是空间光通信技术，实现了约270Mbps的数据传输。
此外，欧洲航天局也向国际空间站发射了一款激光通信仪器，它可以实现每秒高达8.8 Gbps的数据传输速率。
三、空间光通信技术的未来展望1. 星际通信随着人们对太空探索的深入，未来飞船的探测范围将会扩大到太阳系外部。
这时候，传统的无线电通信已经不能满足需求，而空间光通信技术将会取代无线电通信，成为星际通信的主要手段。
2. 高速互联网随着移动互联网的崛起，未来的人们需要更快的网速。
自由空间光通信技术的发展现状与未来趋势
自由空间光通信技术的发展现状与未来趋势自由空间光通信（Free-Space Optical Columniation，简称FSO）是一种通过激光在大气信道中实现点对点、点对多点或多点对多点间语音、数据、图像信息的双向通信技术，介绍了自由空间光通信的国内外研究现状，分析了应用现状和未来发展趋势。
标签：自由空间；光通信技术；现状；趋势1 自由空间光通信的研究现状1.1 基于光电探测器直接耦合的FSO系统早在30多年前，自由空间光通信曾掀起了研究的热潮，但当时的器件技术、系统技术和大气信道光传输特性本身的不稳定性等诸多客观因素却阻碍了它的进一步发展。
与此同时，随着光纤制作技术、半导体器件技术、光通信系统技术的不断完善和成熟，光纤通信在20世纪80年代掀起了热潮，自由空间光通信一度陷入低谷。
然而，随着骨干网的基本建成以及最后一公里问题的出现，以及近年来大功率半导体激光器技术、自适应变焦技术、光学天线的设计制作及安装校准技术的发展和成熟，自由空间光通信的研究重新得到重视。
在国外，FSO系统主要在美英等经济和技术发达的国家生产和使用。
到目前为止，FSO己被多家电信运营商应用于商业服务网络，比较典型的有Terabeam 和Airfiber公司。
在悉尼奥运会上，Terabeam公司成功地使用FSO设备进行图像传送，并在西雅图的四季饭店成功地实现了利用FSO设备向客户提供10OMb/s 的数据连接。
该公司还计划4年内在全美建设100个FSO城市网络。
而Airfiber 公司则在美国波士顿地区将FSO通信网与光纤网（SONET）通过光节点连接在一起，完成了该地区整个光网络的建设。
目前商用的FSO系统（见图1）通常采用光源直接输出、光电探测器直接耦合的方式，这种系统有以下几点缺点：（l）半导体激光器出射光束在水平方向和垂直方向的发散角不同，且出射光斑较粗，因此我们需要先将出射光束整形为圆高斯光束再准直扩束后发射，这样发射端的光学系统就较为复杂，体积也会相应增大。
空间激光通信
空间激光通信研究现状空间激光通信相对射频通信有着速率高、容量大等许多优点,从上世纪80年代起,各国就陆续开展了对空间激光通信的研究。
目前,各国激光通信的调制方式主要分为PPM、PSK与OOK三种,本文按照调制方式对各国的空间激光通信研究现状进行描述。
1,PPM欧洲的SILEX项目、OPTEL项目与美国的LLCD项目、LCRD项目、MLCD项目使用或部分使用PPM调制方式。
1、1,LLCD项目[1~3]LLCD就是美国NASA2013年开始实行的一个项目,该项目建了两个探测器,月球环境探测器LLST与地面站LLGT,LLST与LLGT的通信距离距离在35000~400000km之间。
如图1(1)所示,地面站LLGT重达7吨,有4个15cm发射镜头与4个40cm接收镜头组成。
LLGT的发射机使用的调制方式为4-PPM,每4个数据时隙后跟有12个或者28个静默时隙,发射激光器的波长就是1550nm,通过4个发射镜头实现4路时分复用,信号发射前经过一个10W光放大器放大,传输速率为10/20Mbps,这个速度就是目前地月RF通信的5000倍。
为降低误码率采用了turbo码作为信道编码,码率为1/2,实现了0误码。
4路接收镜头阵列有效提高了接收信号强度,接收机就是4个超导单光子计数探测器(工作在3K温度上),接收灵敏度极高,如图1(2)所示,能够提供高速光子计数测量[1]。
月球探测器LLST由光学模块、调制解调器、电子控制器三个模块组成[2],质量30kg。
光学模块由一个10cm镜头的镜头组成,完成发射与接收光信号的功能,光学模块安装在一个二轴平衡台上,台上有粗瞄准与捕获探测器,该模块能够测试飞船的振动并进行补偿,实现对地面站的瞄准与捕获,光学模块通过光纤耦合到调制解调模块上。
调制解调模块的主要功能就是调制与解调光信号,如图2所示,模块内置了311MHz低噪声时钟(经VCO可倍频至5GHz),解调模块前置了一个0、5W的放大器,对接收光信号进行放大,光信号进入后一部分经PLL使时钟频率同步,一部分进入解调器,解调器的时隙时钟由频率同步后的时钟提供(不需要额外的时隙同步),FPGA的主要作用就是上行链路帧同步,下行链路产生帧信号发送出去[3]。
空间光通信技术发展现状及未来趋势展望
空间光通信技术发展现状及未来趋势展望随着人类社会的进步和科技的发展，我们面临的未来将会越来越多元和复杂。
而一个完善的通信网络则是现代社会运行的核心，它连接着全球各地的信息，为人类的发展提供了无限的想象空间。
在这个发展的进程中，空间光通信技术的出现，则为人类提供了更为广阔的展望和可能性。
空间光通信技术是利用激光在太空中进行数据传输的技术。
这种技术利用了激光的特点：光速快、能量强、信号稳定，并且可以进行高速数据传输。
从而在空间通信中取代传统的天地互连和电波通信，成为新一代的核心通信形式。
与传统通信方式相比，空间光通信技术具有容量大、带宽宽、反干扰能力强等诸多优点。
近些年来，空间光通信技术发展势头迅猛，在多项关键技术突破、成熟技术应用等方面均取得了可喜的进展。
例如，2001年日本发射了全球第一颗空间光通信卫星“ETS-VII”，2006年中国的“实践七号”卫星成功实施了一次100兆比特的激光数据传输，实现了21个世纪同轨卫星之间的首次激光通信。
这些成功案例为空间光通信技术的开发和应用奠定了坚实的基础。
未来，空间光通信技术的发展将呈现出一系列的新趋势。
首先，基于激光光束在空间的特性，未来的空间光通信发射设备将更加小型化、轻量化、紧凑化、高效化，可以在更加复杂且多元的空间环境下实现高速数据传输。
这些设备可以既用于地球与同轨卫星之间的通信，又可用于卫星之间、地球与邻近星系等之间的通信。
其次，随着人类对太空资源更加深入的开发和利用，空间光通信技术将成为未来太空资源开发的重要基础，实现离散化资源的快速传输。
例如，在未来的月球资源开发过程中，可以使用空间光通信技术，将月球上的数据快速传输到地球上，实现实时控制和数据回传，一定程度上加快了人类太空开发的步伐。
最后，随着技术的不断提高和成熟，空间光通信技术有望实现人类与外星文明之间的通信。
作为人类科技发展的重要领域之一，探寻外星文明一直是人类探索的重要目标。
使用空间光通信可实现更广泛便捷的数据传输，从而让人们更轻松地探索、了解更多到外星文明。
2024年全球激光通信技术应用广泛
不同厂商在激光通信技术方面的研发实力和应用经验存在差异，导致市场竞争格 局较为复杂。
客户需求与应用领域
客户需求多样化
客户对激光通信技术的需求多样化，包括高速数据传输、远距离通信、低延迟等，需要厂商提供定制化的解决方 案。
应用领域广泛
激光通信技术在多个领域得到广泛应用，如航空航天、军事、海洋探测、医疗等，为这些领域的发展提供了重要 支持。同时，随着5G、物联网等新兴技术的普及，激光通信技术的应用领域将进一步拓展。
微型化光学元件
研发微型透镜、波导等光 学元件，缩小设备体积， 提高便携性。
模块化设计
采用模块化设计理念，便 于设备的快速组装、维修 和升级。
04
典型应用场景剖析
卫星间激光通信链路建设
高速数据传输
激光通信可实现卫星间 Gbps级别的高速数据传输 ，满足日益增长的数据传 输需求。
轻量化、小型化
激光通信设备具有体积小 、重量轻、功耗低等优点 ，适合在卫星等航天器上 搭载。
设备成本降低途径探讨
设备成本问题
当前激光通信设备成本较高，限制了其在更广泛领域的应用。
降低途径
通过技术创新、工艺改进、规模化生产等方式，降低激光通信设备的制造成本；同时，推动产业链上 下游企业合作，实现设备成本的整体降低。
标准化和互操作性推进情况
标准化问题
激光通信技术缺乏统一的标准和规范， 导致不同厂商之间的设备难以互通和兼 容。
主要特点与优势
主要特点
激光通信技术具有传输速率高、传输距离远、抗干扰能力强、保密性好等特点 。
优势
相比传统通信方式，激光通信技术具有更高的带宽和更低的误码率，能够满足 高速、大容量、远距离的通信需求。同时，激光通信技术还具有较好的方向性 和聚焦性，可以实现点对全球激光通信市场现状
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
1，国外
（1）星地：
LUCE（前身是第一个星地激光通信终端LCE,1995,速度1.04Mbps ）:2006年日本，OICETS卫星与NICT地面站,波长发射847接收819，调制方式OOK，速率接收2.048Mbps 发射50Mbps，误码率10^-7.
SLS：2012；俄罗斯航天部门；国际空间站和北高加索地面站；125Mbps；
LLCD：2013；美国NASA；月球环境探测器和地面站；距离35000~400000km；地面站：功率40W，波长1550nm，速率10/20Mbps，调制方式4-PPM，1/2码率（turbo码信道编码），4路时分复用，可做到0误码；月球探测器：功率0.5W，波长1550nm，速率40-622Mbps，调制方式16-ppm，1/2码率，40/80/155/311Mbps可做到0误码，622Mbps 误码率小于10^-5。
可做到cm级别测距精度。
OPALS：2014；美国NASA；国际空间站与怀特伍地面站；距离700km，调制方式OOK，速率30~ 50Mbps，空间站波长1550nm、功率2.5W，地面站波长976nm，功率5W;
（2）星空：
LOLA：2006 ；法国；Artemis卫星与某飞机；距离40000km；IM/DD，波长848nm，功率104mW；forward link：调制方式BPPM(二进制PPM)，速率2Mbps，downloadlink：调制方式OOK，速率50Mbps，飞机高度9km
（3）星间
SILEX：2001法国，GEO和LEO卫星，4000km，波长797~853，调制方式ppm，速率50Mbps，误码率10^-6，
OPTEL：瑞士，短距离到长距离多个卫星终端2000~80000km，速率1.5~2.5Gbps，其中高性能通信终端OPTEL-25，调制方式BPSK，信号光波长1064nm功率1.25W，信标光波长808n
LUCE：2005日本欧洲，GEO和LEO，距离48000km，波长发射波长847nm接收819nm，调制方式位非归零码直接强度调制（OOK），速率接收2.048Mbps发射50Mbps，误码率达10^-7。
2013日本JAXA建立高级激光通信终端LUCE，速率1.2/2.5Gbps，计划下一步10Gbps
LCTSX：2008；德美；TerraSAR-X卫星与NFIRE卫星；二相相移键控/零差相干解调，调制方式BPSK，波长1064nm，距离1000~5100km，速率5.625Gbps，总功率120W（光传输功率0.7W），误码率小于10^-9。
EDRS：2014；欧洲；Sentinel1-Alphasat；距离45000km，调制方式BPSK，速率1.8Gbps，误码率10^-8，功率2.2W
TSAT：卫星组网，2016美国，速率10~40Gbps
（4）空空：
Falcon：2011；美国ITT公司；某飞机与某飞机；距离94~132km，波长1550nm速率2.5Gbps，误码率10^-6;
（5）地地：
某项目：2005；德国DLR航空部门；La Palma岛屿和Tene-rife岛屿；二相相移键控调制，BPSK，距离142km；速率5.6Gbps；
巴黎两个大楼：2009；距离212m，1.28Tbps(32路波分复用X40Gbps)
（6）空地：
OCD：2005美国喷气推进实验室，高空飞机飞行高度10~23km，调制方式OOK，2.5Gpbs，1550nm，功率200mW；
某项目：2006；美国约翰普金斯大学应用物理实验室；飞艇与地面车载终端；通信距离1.4km；80Gbps，波分复用（WDM）；
TwinOtter：美国MIT；距离25km，波长1550nm，速率2.66Gbps
ARGOS：2008；德国DLR航空部门；DLR飞机与地面站；距离10~85km，速率150Mbps；2013年实现距离大于50km，飞行速度0.7Ma，速率1.25Gbps，功率1W，波长1550nm，天线直径30mm。
2，国内
（1）地地：
地面-地面：2010武汉大学，40km，7.5Gbps（3路波分复用）
2014中电34所，5km，2.5Gbps
船-地：2007长春理工大学，20.4km，300Mbps。
（2）星地：
2011哈尔滨工业大学，2000km，504Mbps
（3）水下
船-水下：2010上海光机所，125m，10Kbps
（4）空地
飞艇-船：2011长春理工大学，20.8km，1.5Gbps
（5）空空
2011长春理工大学，17.5km，1.5Gbps
2013 长春理工大学，144km，2.5Gbps
计划：
2014年日本计划2019年发射激光通信中继卫星，目标1.8Gbps
2013美国NASA提出LCRD激光通信卫星中继（LLCD和OPALS后续任务），实行中，调制方式为差分相移键控（DPSK），速率1.25Gbps（编码）/2.88Gbps(未编码)，有望支持10Gbps。
调制解调器也支持PPM（622Mbps），目的是验证PPM适合深空通信和功率受限的小型星地通信，DPSK适合近地高速通信。
2009美国NASA提出MLCD（火星激光通信演示验证），实现1~100Mbps深空高数据远程通信，速率定为100Kbps，调制方式为PPM，卫星上用直径30.5cm天线，CCD成像接收，发射用MOPA结构（主振荡器功率放大器结构）。
地面采用直径1m光学天线，4路复用，或者6路直径30cm天线，波长1060nm
2013美国激光通信公司计划组建高速激光通信网络，包括8颗卫星、48个地面站，总数据流量6Tbps，总下行速率200Gbps。
2014年美国通用原子公司展示ALCOS项目，与GEO卫星通信，2017进行测试验证。
各行星相对GEO功率衰减图。