空间激光通信技术研究
激光通信介绍
背景六十年代激光出现以来，光学和整个现代科学的面貌都焕然一新，激光以其突出的高度相干性、高亮度、方向性好、极小的发散角、功率集中等优异特点广泛应用于各个邻域中。
空间激光通信是指利用激光束作载波在陆地或外太空直接进行语音、数据、图像信息双向传送的一种技术。
与微波通信相比，激光通信具有以下显著的优势：激光波长短，通信容量显著增大；较小的发射功率需求；较小的收发天线和系统结构；各通信链路间的电磁干扰小；由于通信激光束发散角很小，保密性强，这一点对军事应用十分重要。
研究现状主要研究单位有：NASA的喷气推进实验室、美国空军部、林肯实验室、欧空局、日本邮政通信室、宇宙开发事业团。
国内目前主要研究单位有哈尔滨工业大学、北京大学、电子科技大学、长春理工大学、上海光机所、武汉大学及空间技术研究院504所等。
关键技术：激光及高码率调制技术、光学准直技术、高增益光学收发天线、高灵敏度光信号接收技术、快速精确的APT（捕获、瞄准、跟踪）技术、大气信道技术。
自由空间光通信原理：最初的无线激光通信系统和无线电系统在结构上基本相同。
信号通过调制器加载到光波上，通过光学天线将发散角极小的光束向发射出去。
接收端的光学天线捕获到经调制的光波后，首先经过光探测器件将光信号转换为电信号，然后由解码器解调作加载的信号。
其中激光器类似于无线电通信中的射频发生器。
发射端和接收端的收发光学天线相当于无线电收发电线。
所不同的仅仅是激光通信使用光波作为信息的载波。
光学天线其实就是光学望远镜，只是尺寸有明显的减小。
一、光空间通信技术（FSO）自由空间光通信或称无线光通信（FSO：Free Space Optical Communication）是一种宽带接入方式。
FSO是光通信和无线通信结合的产物，是用小功率红外激光束在大气中传送光信号的通信系统，也可以理解为是以大气为介质的激光通信系统。
FSO有两种工作波长：850纳米和1550纳米。
850纳米的设备相对便宜，一般应用在传输距离不太远的场合。
激光无线通信技术
激光⽆线通信技术激光⽆线通信技术激光通信是⼀种以光波作为“载波”，⼤⽓、海⽔或太空作为传输介质的通信⽅式，与利⽤电磁波作载波的通信原理⼀样，只是承载信号的载波是激光，其波长更短，频率更⾼。
与传统⽆线通信和有线通信相对应的，激光通信也形成了⽆线通信及有线通信，军事通信所关注的主要是激光⽆线通信。
激光⽆线通信具有电磁兼容性好、抗电磁⼲扰能⼒强、重量轻、功耗和体积⼩、保密性好等特点。
保密性好的原因在于，⼀：激光具有⾼度定向性，发射波束⾮常短，通常发散⾓⼩于1弧度，在毫弧度级，⼆：信道速率⾼，能在短时间内⼤量发送数据，从⽽减少通信持续时间。
波束窄使得抗⼲扰抗截获能⼒强，通信时间短的特点使得抗侦测、防窃听的能⼒强。
另外，及激光通信的传输带宽宽，⽐较适合侦察图像等的实时传输。
美国航天局（NASA ）在2014年6⽉6⽇宣布，该机构5⽇利⽤激光束在3.5秒内把⼀段时长37秒的⾼清视频从国际空间站传送回地⾯，成功完成了⼀项“可能根本性改变未来太空通信的技术演⽰”，也预⽰着太空宽带时代的到来。
这项实验的成功表明激光传输技术是可⾏的，完全可以作为下⼀步进⾏更⾼速率传输和实⽤性通信的技术基础。
应⽤及前景展望1、⽤于提升星间通信速率卫星微波通信的极限通信速率在2Gbps左右，近年来通信速率提升困难。
⽽激光通信技术可以轻松实现10Gbps以上的通信速率，采⽤复⽤的⼿段甚⾄能获得Tbps 以上的通信速率。
如此⾼的通信速率，使得太空通信如同从拨号上⽹时代升级到了宽带上⽹时代。
2、⽤于能源成本较⾼的空间通信由于激光通信的光束发散⾓很⼩，⼤⼤降低了通信过程中信息被截取的可能性，⽬前还没有截获空间激光通信信息的可⾏⼿段，这使激光通信具有⾼度的保密性。
⽽能量的⾼度集中,使得落在接收机望远镜天线上的功率密度⾼，发射机的发射功率可⼤⼤降低，功耗相对较低。
这对应⽤于能源成本⾼昂的空间通信来说也是⾮常适⽤的。
3、⽤于⽔下通信此外，激光在⽔下通信中也有很⼤的应⽤空间，电磁波在⽔中的衰减程度较⼤，传统的⽆线电波想要穿透海⽔，必须使⽤频率极低的波段，携带的信息量⼗分有限，传输时间长。
卫星激光通信技术详解
卫星激光通信技术详解卫星激光通信技术是一种利用激光器和卫星进行通信的技术。
它采用了激光光束作为传输媒介，具有高速、高效、高带宽和低延迟等特点，成为未来通信技术的重要发展方向。
一、卫星激光通信技术的原理卫星激光通信技术的原理是利用光传输数据，通过将数据转化为激光光束，通过卫星进行传输。
激光通过其特殊的性质，可以实现高速、高效的数据传输。
1. 激光发射卫星激光通信技术首先需要通过地面站向卫星发射激光光束。
激光发射器利用激光二极管将电的能量转化为激光光束，并经过光纤传输到卫星上。
2. 激光接收卫星接收到激光光束后，需要通过接收器将其转化为电信号。
接收器通过光电转换将激光光束转化为电信号，并通过数据处理系统进行解码和处理。
3. 数据传输经过解码和处理后，电信号会被转化为原始的数据。
数据经过调制和编码处理后，可以通过卫星传输到地面站，实现高速、高效的数据传输。
二、卫星激光通信技术的优势卫星激光通信技术相较于传统的卫星通信技术具有以下优势：1. 高带宽由于激光通信采用的是光传输技术，它可以提供很高的传输速率和大带宽，能够满足现代通信对高速大容量传输的需求。
2. 低延迟卫星激光通信技术采用光传输，信号传输速度非常快，可以实现低延迟的传输。
这对于实时性要求较高的应用领域非常重要，如在线游戏、高清视频传输等。
3. 高度可靠卫星激光通信技术在传输过程中，光信号不会受到电磁干扰影响，而且光在大气中传输的损耗也相对较小。
它具有很高的可靠性，不容易发生信号中断或传输错误的情况。
4. 网络覆盖广卫星激光通信技术可以实现全球范围的通信覆盖，可以在任何地方建立通信网络，并提供通信服务。
这对于人迹罕至地区或海洋等无线地区的通信非常有利。
三、卫星激光通信技术的应用领域卫星激光通信技术具有广泛的应用领域，包括但不限于：1. 互联网通信卫星激光通信技术可以用于建立全球范围的互联网通信网络，为各种应用提供高速的互联网接入服务。
2. 海洋通信卫星激光通信技术可以在海洋上建立通信网络，为海上作业、船舶通信等提供稳定的通信服务。
国外空间激光通信系统技术最新进展
观测卫星 Ｓ Ｏ 一 。２ ０ 年 １ 月 ２ 顺利建立了 Ｐ Ｔ４ ０ １ １ １日 激光通信链路 ， 实现 了 ５ ｂ／速率 的激光通信试 ０Ｍ ｉ ｔ ｓ
星激光通信领域一项里程碑式的进展 。 ２ 日 本 ．
低轨卫 星对 同步卫星的低 、中码速率激 光通信 试 验并 进行 了低 轨卫星 对地面站 的激 光通信试 验 。
维普资讯
王晓海 中国航天科技 集团公 司五院五零四研 究所空间微波技术国家级重点实验室工程师
Байду номын сангаас
擒一
首先简单介绍了国外激光通 信星闻 链
新世纪的科技发展 日 新月异 ， 经过多年探索， 采用高频激光
进行空间卫星通信 已于近几年取得突破性进展 ，如今已经成为
卫 星 之 间的互联 以及 卫 星与地 面 站之 间的互 联 两层 含义 。 天 ， 今
在卫星光通信领域已取得突破性进展——成功地实现 了卫星一
地面 、 卫星一卫星之间的光通信试验。
１ 欧 洲 ．
欧洲空间激 光通信的发展基于欧洲各国的合作 ，Ｓ Ｅ Ａ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
等国都对卫星光通信技术极其重视 ，投入大量 的人力物力进行 。
且针对我国 提出了 现状 未来发 展的建 ＿ 议。
关＿ｉｍ ｌ ｌ 一 ： ：
…
关技术 的研究和空间光通信实验装置的开发 ，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。
兰 激 通 ，闻 路调 ，收 间 光 信星 链 －制接 ，
要竺 欧 、 量誓 ： 分 荚 芸 竺 实力并 析 了 日三大集 团各 自的 苎
卫星激光通信技术详解
卫星激光通信技术详解
卫星激光通信是一种利用激光光束进行通信的技术，通过将激光光束发送到空间中的
目标，实现了高速、高效的通信传输。
该技术主要应用于卫星间通信、地球站间通信等领域，具有传输速率快、带宽大、安全性高等特点，是未来通信技术的重要发展方向。
卫星激光通信技术的优势主要体现在以下几个方面：
1、高速传输：传输速率可以达到数千兆比特每秒，是传统远距离通信技术的数百倍。
2、高效传输：利用激光通信技术传输数据时，可以将信息直接转换成光信号，大大
提高了数据传输的效率。
3、带宽大：激光通信可以利用更宽的频谱段进行传输，从而使得传输的信号带宽更大。
4、安全性高：激光通信传输的数据可以更加安全地传输，因为激光信号不会产生电
磁干扰，也不会被外界对其进行监测。
1、激光发射：利用高精度激光器器件，向目标区域发送激光信号。
2、激光接收：接收目标区域反射的激光信号，并进行信号解调等处理。
3、数据传输：将接收到的数据传输到指定的终端设备上，实现信息的传输。
卫星激光通信技术的应用范围非常广泛，包括卫星间通信、地球站间通信、飞机间通信、高速列车间通信等。
其中，卫星间通信是最主要应用领域之一，因为卫星间传输距离
较远，传输速率要求高，激光通信正是解决这些问题的最佳方案。
另外，在军事领域也有
广泛应用，可以用于战略军事通信、侦察、目标指示等。
激光通信技术的研究
要 将 大 量 的 数 据 传 递 至 地 面 站 ， 别 是 遥 感 特 技 术 等 数 据 采 集 技 术 的发 展 ， 星通 信 的 数 卫
间 综 合 信 息 网 ， 队 飞行 分 布 式 虚 拟 卫 星 系 编 统 等 。 可 以应 用 于空 基 平 台 ， 流 层 通 信 链 还 平 路 等 。 仅 在 军 事 应 用 方 面 ， 且 在 民用 通 信 不 而
据 量 急 剧 增 加 ， 展 新 型 的 大 容 量 传 输 通 信 发 十 分 必 要 。 近 年 发 展 的 激光 通 信 技 术 就 是 适
应 以上 需 求 而 产 生 的 。 与 无 线 电 和 微 波 相 比 ， 间 激 光 通 信 具 空 有 以下的特点 ： 第 一 、 据 速 率 高 。 波 频 率 大 致 在 数 个 数 微 至 数 十个 吉赫 （ ＧＨｚ 量 级 ， 激 光 大 致 在 数 ） 而 百个 太赫 （ ＴＨｚ 量 级 ， ） 比微 波 频 率 高 出 ４ ５ ～
星 ： 地 球 资 源 卫 星 、 象 卫 星 、 察 卫 星 都 如 气 侦
各 国重 视 与 关 注 。近 几 年 来 国际 上 出现 了空 间 光 通 信 加 速 发 展 的新 动 向 ， 、 美 日研 发 机 构
都 已完 成 了 地 面 光 通 信 试 验 ， 现 星 地 通 信 实 与星星通信 ， 划在 ２１ 计 ０ ０年 左 右 使 空 间 光 通
信将进入实 用阶段 。 将 空 间 激 光 通 信 应 用 于 我 们 的 完 备 型 ＴＤＲＳ Ｓ系 统 ， 实 现 高 速 率 数 据 、 量 化 、 可 轻 低 功耗 、 多功 能 以 及 适合 空 间 信 息攻 防 战 ， 时 同
还 可 以应用 于各 种星 （ 座 ） 星 际链 路 ， 持 空 支
激光通信技术简介
激光通信技术简介日前，由美国国家航空航天局研发的“激光通信中继演示”系统即将进入开发整合与测试阶段。
空间激光通信是指利用激光束作为载波，在空间直接进行语音、数据和图像等信息双向传送的技术。
不仅传输速率高、抗干扰能力强，还具有设备体积小、重量轻、能耗低等特点，将为人类走向太空和空天军事技术应用带来革命性变化。
未来，空间激光通信有望成为星地间数据传输的关键技术，并实现与地面光纤网络的互补，从而建立起包含卫星和大气层内外的立体交叉激光通信网，彻底颠覆现有的全球通信系统，成为满足大数据时代信息传输需求的大带宽高速通信网络。
“你好，世界!”这句看似普通的话，或将开启人类探索太空的新时代。
这句话来自美国国家航空航天局录制的一段37秒的高清视频，跨越太空和大气层回传到地面用时3.5秒。
虽然在如今的“4G时代”这个速率有些不值一提，但若不是采用了激光通信技术，传统的无线电传输则至少需要10分钟。
从烽火狼烟到太空WiFi传统的无线电通信技术有着自身不可避免的缺陷，不仅由于各种通信波段之间相互干扰会影响通信质量，想要在“寸土寸金”的航天器上增加天线面积和数量来提升通信效果也真的比“登天”还难。
更为重要的是，随着空间通信数据形式的不断丰富，单纯的无线电通信已经难以满足急剧增长的通信带宽需求，易受干扰的无线电波也加剧了太空军事应用的风险。
曾几何时，人们就曾利用“烽火狼烟”接力通信，将千里之外的边关战事信息第一时间传递至内地。
从上个世纪60年代激光发明之后，利用激光进行无线光通信就成为研究的热点。
说起激光通信，可能还有点陌生，但如果一提到光纤通信，我想大家都耳熟能详。
其实，光纤通信只是激光通信的一个具体应用，是指激光在光纤介质中的传输。
空间激光通信主要利用激光作为载体，将信息加载到激光上发送，并在外太空等自由空间内进行信息传输，到了接收端经过一系列光电变换就可实现信息的传输和通信。
美国国家航空航天局此次研究的“激光通信中继演示”系统就是典型的空间激光通信系统，有望使空间信息传输速率提升至100倍，未来甚至可能演变成太空“高速互联网”。
激光通信技术
学号激光加工技术结课论文激光通信技术学生姓名班级指导教师成绩＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿系201年月日激光通信技术一、引言空间激光通信是利用激光光束作为载波，在自由空间如大气、外太空中直接传输光信息的一种通信方式。
开辟了全新的通信频道使调制带宽可以显著增加、传输速率及信息量大（最高可达10G/min）、能把光功率集中在非常窄的光束中、器件的尺寸、重量、功耗都明显降低、各通信链路间的电磁干扰小、保密性强并且显著减少地面基站。
二、激光通信发展现状上世纪60年代中期美国就开始实施空间光通信方面的研究计划。
美国国家航空和宇航局(NASA)的喷气推进实验室(JPL)早在70年代就一直进行卫星激光通信的研究工作，其它如林肯、贝尔等著名实验室也都开展了空间激光链路的研究。
日本于80年代中期开始空间光通信研究，且已于1995年7月成功地在日本的工程试验卫星ETS-VI与地面站之间进行了星地链路的光通信实验，这是世界上首次成功进行的空间光通信实验。
欧洲空间局(ESA)于1977年夏就开展了高数据率空间激光链路研究，现已在该领域的一些关键技术方面处于明显的领先地位。
我国卫星光通信研究与美、欧、日相比起步较晚，目前国内只有少数几个单位(比如电子科技大学、哈尔滨工业大学、武汉大学等)进行卫星光通信方面的研究工作，这些工作涉及到卫星光通信的基础技术及基本元器件的研究，以及关键技术的研究。
目前，哈工大的光通信研究已经进入工程实化阶段，并向空间试验阶段迈进。
三、系统基本组成下面给出激光通信系统的方框图。
图1 光通信系统方框图卫星光通信系统由下面几个主要子系统组成：（1）光源子系统。
在卫星激光通信中，通信光源至关重要。
它直接影响天线的增益、探测器件的选择、天线直径、通信距离等参量。
在激光通信系统中大多可以采用半导体激光器或半导体泵浦的YAG固体激光器作为信标光和信号光的光源,工作波长为0.8-1.5pm近红外波段。
通常信标光的调制频率为几十赫兹至几千赫兹或几千赫兹至几十千赫兹,以便克服背景光的干扰。
空间激光通信组网光学原理研究_姜会林
合的 双 层 低 轨 道 全 球 通 信 组 网 方 案 等 ［７］ ，但 国 际 上 至今还未见激光通信组网的成功应用报道。国内对 激光链路组网的研 究 还 处 于 起 步 阶 段，主 要 集 中 在 总体设想及网络 协 议 等 方 面 ，针 ［８～１３］ 对 具 体 激 光 通 信组网系统的深入研究也未见报道。
摘要 随着高分辨率观测技术的发展 和 高 数 据 率 信 息 传 输 的 迫 切 需 求，研 究 高 速 率 激 光 通 信 的 组 网 技 术 迫 在 眉 睫。分析了空间激光通信链路组网所需 要 满 足 的 基 本 要 求 及 其 实 现 中 必 须 解 决 的 技 术 难 点，提 出 了 组 网 光 学 原 理，同时研究了一种可用于多目标间同时进行激光通 信 的 技 术 方 案，设 计 了 以 旋 转 抛 物 面 为 基 底 的 多 反 射 镜 拼 接 结构的光学天线、中继光学系统以及发射接收与捕获、跟踪和对准（ＡＰＴ）系统，为空间 激 光 通 信 链 路 组 网 提 供 了 新 的技术途径。 关 键 词 光 通 信 ；组 网 光 学 原 理 ；光 学 系 统 天 线 ；旋 转 抛 物 面 中 图 分 类 号 ＴＮ９２９．１ 文 献 标 识 码 Ａ ｄｏｉ：１０．３７８８／ＡＯＳ２０１２３２．１００６００３
下两层镜片，每层毎周镜片数为 Ｎ，取 Ｎ ＝ ９，则毎
１００６００３－２
姜 会 林 等 ： 空 间 激 光 通 信 组 网 光 学 原 理 研 究
两块镜片间夹角α＝ ３６Ｎ０°＝ ４０°。现 取 上 层 结 构 进 行计算。旋转抛物面 上 端 周 长 Ｌ＝２πＲ＝６２８ ｍｍ， 考虑到每块镜片近 似 为 梯 形，取 其 腰 的 宽 度 为 上 端
Ｌ：ｙ０ｙ ＝２ｐ（ｘ＋ｘ０）２ｐｘ －ｙ０ｙ＋２ｐｘ０ ＝０． （１）
空间激光通信差错控制技术
是 目前研 究 的一个 热点 。无 碰撞 区 （ ＮＨＺ 跳 频 （ Ｈ） 列是 将 直 扩序 列 的零 相 关 区特 性 引入 ） Ｆ 序 到跳 频序 列 的设计 中来 ， 由于可 以有效 抑 制用户 间 干扰 ， 提高 系统误 码性 能 而备 受关 注 。本课 题 研 究得 到 了 ＮＨＺ跳频 序列 相关 特性 下界 ， 同时 基 于矩 阵 变换 和 映射 的方 法 ， 出 了两种 通 给
技 术 的结合 ， 因此直 扩 Ｃ ＭＡ系统 中关 键技 术 的研 究 是 多载 波 Ｃ Ｄ ＤＭＡ系统 研 究 的基 础 。本 课题 研 究 了单小 区 Ｄ Ｓ—Ｃ ＭＡ系 统 上行 链 路 ， 导 出在 Ａ Ｎ 信 道 条 件 下 ， 统 单 用户 接 Ｄ 推 ＷＧ 传 收机 双速 率 系统 ， 线性 串行 干扰 消 除（ Ｉ 双速 率 系统 以及 理 想 ＳＣ双 速 率 系统 的 容量 极 限 ， ＳＣ） Ｉ
道 的大气 闪烁 特征公 式 ， 推导 得 到 了 信道 编码 的平 均性 能上 限 ， 括 分 组码 、 包 卷积 码 和 Ｔ ｒｏ ｕｂ
主要 噪 声影 响 的 应该是 光强 闪烁效 应 。分析 发现接 受光 强服 从 对数 正态分 布 ：
ｐ１ ｅ － （＝ ｘ １ １ ｐ ） ｌ
提供 了有 力 的理 论基础 。
＋ １ 门
（ １ ）
对其 进行 ＭＡ Ｌ ＴＡ Ｂ仿真 发现 当对 数振 幅方 差 ＜０ ３时 ， 收 光强 可近 似为 正态 分 布 ， ． 接 如 图所示 ＝０ ２时接 收光 强 与其概 率分 布 的仿 真 。这些 为后 来 的大气 激光通 信 的信道 建 模 ． 编码 大气 激 光通信 系统 的性 能研 究 ， 一部 的研 究里 ， 们 重点研 究 了如何用 理论进 行 信 在 我 道编码 性 能分 析 的问题 。 由成 对 错误 概 率 （ Ｅ ） 重 量 枚举 函数 的概念 出发 ， Ｐ Ｐ和 并联 合 大 气 信
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空间激光通信技术研究
研究背景：
随着信息传输量呈指数级增长,目前以微波通信为主的卫星
通信已经不能满足用户对容量和数据传输速率的需求,空间
激光通信以其高容量、窄波束、轻载荷的技术优势呈现方兴
未艾的发展态势。作为全球最早开展激光通信技术研究的国
家,美国在20世纪60年代中期就实施了空间光通信方面的研
究计划。进入20世纪90年代后,随着激光技术和关键器件的
基础研究取得突破,空间激光通信的应用研究和工程试验工
作开始加速。美国、欧洲、日本等制定了多项有关自由空间
激光通信的研究计划,对自由空间激光通信系统所涉及到的
各项关键技术展开了全面研究,并开展了多次在轨实验验证。
我国在“九五”期间开展了空间激光通信的基本概念和理论
研究,其后在关键技术、样机设计、地面试验、在轨试验方
面均逐步取得重大进展,为未来空间应用奠定了一定的理论、
技术和工程试验基础。在空间激光通信领域,虽然与发达国
家相比,我们还存在一些差距,但我国关键技术攻关的技术
路线是与国外基本保持同步的。只要充分发挥后发优势,纳
入国家创新体系集智攻关,在未来空间宽带网络中充分利用
空间激光通信技术,不仅是可行的,而且大有作为。
发展我国空间激光宽带网络,主要由以下几个方面的需求。
首先是高速数据传输需求。2020年前后,大多数信息获取类
卫星数据传输速率在2 Gbit/s 以上,最高要求8 Gbit/s以上。
2030 年航天器数据传输速率将向更高发展,微波手段已经
难以满足需求。其次是空间高速组网需求。天基信息系统包
括环境监测、通信卫星、中继卫星、导航定位等应用卫星系
统,轨道包括地球静止轨道、倾斜大椭圆轨道和太阳同步轨
道等多种轨道形式。随着航天技术发展,各应用卫星系统之
间信息交互的数据量越来越大,轨道内、轨道间卫星之间组
网运行的需求日益迫切,急需构建天基一体、信息融合、互
连互通的天基信息网。利用激光作为载体,是实现大容量高
速组网运行的最佳手段。最后是技术发展推动需求。利用微
波进行高速数据传输存在3个突出问题:1)频带受限,传输速
率难有较大突破,目前微波传输的最高速率是Gbit/s 级,不
能满足空间宽带组网的需要;2)轨道频率资源紧张,申请协
调难度大,在已分配的GEO卫星222 个轨位中,美国占145 个,
中国仅占19个;3)频谱拥挤重叠,频率干扰严重,频谱协调难
度加大。考虑到现实情况,采用微波技术构建我国覆盖全球
的空间宽带网络,在频率和轨道资源上都存在较大困难。激
光通信具有高带宽、高传输速率等优点,可有效克服微波传
输存在的上述突出问题,是空间宽带组网的最佳技术途径。
目前,我国已经在空间激光通信领域取得了一定成果,利
用国家创新体系推动相干激光通信、星地激光通信大气效应、
激光通信组网等关键技术取得突破,加快我国空间激光通信
系统及应用研究步伐显得尤为必要。
研究目标：
按照“全球覆盖、重点支持、便于组网、便于管理”的原则,
同时充分发挥激光链路高速数传的优势,对未来激光链路卫
星星座进行设计。空间激光宽带网络星座设计必须考虑下述
约束条件。1 )全球覆盖的要求。星座设计必须满足全球覆
盖的要求。2)轨位继承的要求。考虑到轨位申请的难
度,尽可能继承我国已申请的19 个GEO 轨位。3)链路能力的
要求。星座设计必须考虑星间链路功率、捕跟能力,激光链
路星间距离存在一定约束。4)系统优化的要求。星座设计必
须考虑便于组网、便于管理、系统最优的要求。
从我国激光/微波卫星共存条件下完成“全球覆盖,重点支持”
的任务要求出发,综合考虑建设成本、服务容量以及可扩展
性,建议采用基于现有节点的6 节点方案,部署激光、微波混
合型星座。微波卫星和激光卫星通过激光星间链路组
成高速宽带环网,微波卫星主要服务中低速用户目标,激光
卫星服务高速数据用户。
研究内容：
建设我国的空间激光宽带通信网络,在空间激光通信工程化、
空间组网技术方面还有许多关键技术需要研究,需要重点研
究的关键内容有下述几方面。
1 ，超长距离激光通信技术研究
按照我国申请到的GEO 轨道位置,星间链路距离最短4×104
km,最长6×104 ~7×104 km,高稳频、窄线宽、大功率激光
发射器件还存在制约,远距离跟瞄技术、弱光信号相干接收
技术均有待开展技术攻关和试验验证,取得新的突破。
2 激光链路自主建立技术研究
空间激光通信卫星星座组网,由于太阳背景光等宇宙环境因
素的干扰,同时由于轨道摄动的影响,卫星轨道位置和姿态
均会发生变化,在激光链路遇到异常中断后,可以尝试通过
邻星位置推算,最后跟踪点定向扫描、自主螺旋扫描等手段
自主建立链路,减少对地面建链控制的依赖,提供空间骨干
网络运行的可靠性。
3 星地激光大气效应研究
星地激光通信大气影响,始终是制约天基激光宽带网络实现
天地一体化宽带传输的主要因素。国外在开展空间激光通信
在轨试验前,进行了大量的地面实验工作,对大气激光通信
的模型、效应进行了大量测试和统计分析工作。如NASA 在
1998 年进行了45 km 的水平路径大气激光通信实验,欧洲、
日本也开发了模拟实验系统进行了大量测试实验工作。我国
的科研院所先后开展了青海湖40 km 激光通信强度探测实验、
长城八达岭18 km 激光通信强度探测实验,但在激光通信
的大气效应方面还缺乏模型化的分析。
4 空间激光宽带网络协议研究
空间激光宽带网络,必须与各应用系统互联互通才能发挥作
用,但各种应用系统的业务类型、数据类型千差万别,有IP
数据包的,也有链路层的数据段,空间激光宽带网络必须适
应各种协议、各种业务类型的接入。在协议体系方面,需要
研究小数据的汇合和分离,形成大的数据粒度,以满足骨干
网络大数据传输的需要。
3.5 卫星星座智能管理技术研究
由于我国国土面积的限制,空间激光通信卫星星座组网,必
然存在境外不可见高轨卫星的测控管理问题,应用射电天文
星、GPS 泄漏信号进行定位都是正在研究的技术途径。最
近,NASA提出了智能星座的概念,空间激光宽带网络可靠
稳定的运行,基于星上的星务管理、任务规划、星座构型保
持、卫星软件重构等关键技术,都是卫星星座智能管理的基
础,需要加大研究力度。