20
空间光通信发展展望
近年来的商业需求和空间信息公路、信息高速公路的发展,对卫星间激光链 路技术要求更加迫切,这些已经作为美国、欧洲、日本等国发展该方面技术 的动力,并正向商业应用转化。 现在空间光通信系统发展的趋势主要是: (1) 空间光通信系统的应用正在向低 轨道小卫星星座星间激光链路发展; (2) 激光星间链路用户终端向小型化、一 体化方向发展; (3) 低轨道小卫星星座激光链路正进入商业化、实用化发展阶 段。 在空间光通信研究的前期,主要是以中继星为应用背景。然而,随着小卫星星 座的迅猛发展,国外对第二代中继星的兴趣已经下降,对小卫星星座的兴趣大 大增加。空间光通信研究工作,已经开始逐渐从以中继星为主要背景转到以 小卫星星座为应用背景上。可以预见,研究重点将会逐渐转移到小卫星星座 星间激光链路的研究上。基于此点,对小卫星星座星间激光链路的研究工作 将在空间光通信的研究中占有重要地位。
100
10-1
10-2
10-3
10-4
10-5
10-6
4
自由空间波长（m）
光通信的分类
无线光通信也称自由空间光通信（Free Space Optical Communication ）， 简称为FSO。 FSO技术具有高带宽、部署迅速、费用合理等优势。FSO技术以激光为 载体，用点对点或点对多点方式实现连接。虽然FSO通信不需要光纤而 是以空气为介质，但由于其设备以发光二极管或激光二极管为光源，因 此又有“无线光纤”之称。
19
蓝绿光通信
• 它是一种使用波长介于 蓝光与绿光之间的激光， 在海水中传输信息的通 信方式，是目前较好的 一种水下通信手段。 • 利用450－570nm的激 光束在深海里进行通信 • 波长459 nm的蓝绿光在 大气中的透过率是65%， 在2000米深度的海水中， 其透光程度平均可达90 ％－95％。
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。 而卫星光通信更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，可以实现在多个航天器之间以及航天 器与地球站之间的通信。
什么是光通信？
光通信是一种以光波作为传输媒质的 通信方式。光波和无线电波同都属于 电磁波，但光波的频率比无线电波的 频率高，波长比无线电波的波长短。
瞄准、捕获、跟踪子系统
捕获、跟踪子系统是卫星光通信系统中的一个相当重要的子系统， 它关系 到卫星光通信的成败。因此各国在对卫星光通信系统的研究中， 都在捕获、跟踪子系统的研究方面 投入了大量的人力、物力。各研究机构和大专院校也都提出了一 些捕获、跟踪系统的方案，其中的 相当一部分做了实验室模拟。这些方案在探测时的扫描方式以及 探测、跟踪传感器的选用等方面都 有所不同，应该说是各有优缺点。但被实际（如欧空局的ＳＩＬ ＥＸ系统以及日本已实验成功的 空—地激光链路）采用的捕获、跟踪方案是基本一致的。
卫 星 光 通 信
卫星一 地面
空间域
卫星一 卫星
工作原理
卫星光通信系统
光源子系统
在卫星光通信中， 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
发射、接收子系统
光发射机大致可 认为是光源、调 制器和光学天线 的级联，而光接 收机则可看成是 光学接收天线和 探测器、解调器 的级联。
The end
Thank you!
22
瞄准、捕获、跟踪子系统
光信号的瞄准、 捕获、跟踪是卫 星光通信的难点、 重点。信标子系 统也包括在此部 分中
光源子系统
美国ＪＰＬ实验室、加利福尼亚大学等都对光源系统进行了各方面的研 究 在ＬＥＯ－ＬＥＯ（低轨道卫星—低轨道卫星）和ＬＥＯ－Ｇ ＥＯ（低轨道卫星—静止轨道卫星）链路中，波长都采用８００～８５ ０ ｎｍ范围的ＡｌＧａＡｓ激光器，因为该范围的ＡＰＤ探测器件工作在 峰值， 量子效率高、增益高。而在星地链路中的地面装置中采用倍频Ｎｄ：Ｙ ＡＧ激光器或氩离子激光器 作为光源，波长在５１４～５３２ ｎｍ。该波段具有较强的抗干扰能力，能穿过大气而不使通信中断。而 从抗太 阳的干扰因素来看以及随着半导体激光器的发展，将来卫星光通信采用 的光源有向更短波段发展的 趋势。半导体激光器泵浦Ｎｄ：ＹＡＧ激光器由于不仅具有良好的相干 性，而且可以做得体积很 小，因而也是将来星上激光器的一个良好选择
前言
发射、接收子系统-------天线
卫星光通信系统的发射、接收天线实际上就是一个光学望远镜，天线的型式 根据具体情况可采用卡塞格伦型反射式天线或透射式天线。一般说来，在现 在选用的卫星光通信波段范围，对于孔径较大的天线，如ＳＩＬＥＸ系统的 ２５ ｃｍ天线，可采用反射式天线，这有助于降低天线的制造难度，提高天 线的可靠性、减轻重量；而在天线孔径较小时，则选用透射式天线，如小光 学用户终端（ＳＯＵＴ）的天线系统。 由于天线的孔径直接影响着天线的增益，孔径越大，增益越大，因此从提高 天线增益的角度来说，卫星光通信系统的天线孔径应当选取大一些。但是， 孔径增大，天线的体积、重量也要增加，故星上天线孔径也不能过大。一般 卫星光通信系统的星上天线孔径在３０ ｃｍ左右，如ＳＩＬＥＸ系统装于Ｇ ＥＯ卫星上的天线孔径为２５ ｃｍ，装于ＬＥＯ上的为１８ ｃｍ；ＪＰＬ 研制的卫星光通信系统接收天线孔径为３２ ｃｍ；日本进行空—地光通信实 验的卫星光通信系统星上天线孔径为３０ ｃｍ 美国ＪＰＬ的卫星光通信系统中收发天线不共用，且用两个６００ Ｍｂ ｉｔ／ｓ的通道实现１．２ Ｇｂｉｔ／ｓ的通信数据率，而欧、日是收发天 线共用，单通道通信。收发不共用的优点是可降低损耗，缺点是使终端体积 增大，而收发共用的优点是光终端体积小，但由于增加分光镜等分光器件， 使光能的损耗增加
通信波段划分及相应传输媒介
频率 Hz
101
102 103
104
105
106
107
108
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
109
1010
1011
1012
1013
1014
1015
频段 划分 传 输 介 质
电力、电话
无线电、电视
微波
红外线
可见光
AM无线电 同轴电缆 双铰线
FM无线电
卫星/微波
光纤
107
106
105
104
103
102
101
卫星激光通信的优点
大信道容量 低功耗 重量轻 高度的保密性
卫星激光通信的难点
卫星光链路的空间瞄准,捕捉和跟踪 存在背景光的影响 终端之间有相对运动 卫星之间的通信距离远
卫星光通信的关键技术
• • • • •
激光器技术。 捕获、 跟踪与瞄准技术 精密天线收发技术。 调制、 接收技术。 震动抑制技术。
应用：蓝绿光通信
• 1981年5月，美国在圣地亚哥海域 上空，采用530nm的激光束从一架 飞行在1.3万米高度的飞机与巡航 在300米深度的核潜艇成功的实现 无线光通信 。 • 通过星载激光系统、机载激光系 统、陆基反射镜系统还可以实现 潜艇与卫星、潜艇与飞机、潜艇 与地面指挥所的实时保密通信。 • 美国当前正在研制的深潜航母就 计划采用先进的蓝绿光通信与中 微子通信相结合的通信方式。