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空间激光通信现状_发展趋势及关键技术分析

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引用格式：姜会林，安岩，张雅琳，等．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，２０１５，３４（３）：２０７－２１７．Ｊｉａｎｇ　Ｈｕｉｌｉｎ，Ａｎ　Ｙａｎ，Ｚｈａｎｇ　Ｙａｌｉｎ，ｅｔ　ａｌ．Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｔａｔｕｓ　ｑｕｏ，ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｔｒｅｎｄ　ａｎｄ　ｋｅｙ　ｔｅｃｈｎｏｌｏ－ｇｉｅｓ　ｏｆ　ｓｐａｃｅ　ｌａｓｅｒ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｓｐａｃｅｃｒａｆｔ　ＴＴ＆Ｃ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１５，３４（３）：２０７－２１７．姜会林　１９４５年７月生，博士，教授、博士生导师，长春理工大学学术委员会主任，国家“８６３”计划航天航空领域专家委员会顾问，中国兵工学会副理事长，中国光学学会常务理事等。

主要研究方向为光学系统设计、光电动态检测和空间激光通信。

获得“做出突出贡献的中国博士学位获得者”、“中央直接掌握与管理的高级专家”、“全国优秀教师”、“何梁何利基金科技进步奖”、“全国优秀科技工作者”等荣誉。

获国家技术发明二等奖１项，国家科技进步二等奖１项、三等奖１项，省部级科技一等奖９项。

授权发明专利５２项，发表学术论文２８７篇，出版学术著作７部。

空间激光通信现状、发展趋势及关键技术分析＊姜会林１，安　岩１，张雅琳１，２，江　伦１，赵义武１，董科研１，张　鹏１，王　超１，战俊彤１，２（１．长春理工大学空间光电技术研究所·长春·１３００２２；２．长春理工大学光电工程学院·长春·１３００２２）摘　要：针对目前空间激光通信的背景需求，介绍了国内外星、空、地、海等平台间的空间激光通信研究与试验现状。

通过对空间激光通信现状的分析，并结合科研实践，归纳出空间激光通信的高速率、网络化、多用途、一体化、多谱段５个未来发展趋势。

在此基础上，从空间激光通信系统的光学结构、通信收发以及环境影响等方面，着重分析了高质量光学系统设计、高精度捕获对准跟踪、大气信道影响补偿、高速率高功率发射、高灵敏度低误码探测、一对多通信网络、平台振动与姿态补偿、器件部件空间适应性８项关键技术，并提出相关技术的解决方法和途径，进而给出须进一步深入研究的方向，展示了空间激光通信良好的应用前景。

关键词：深空光通信；空间激光通信；星载激光通信；机载激光通信；激光通信网络中图分类号：ＴＮ９２９．１文献标志码：Ａ文章编号：１６７４－５６２０（２０１５）０３－０２０７－１１ＤＯＩ：１０．７６４２／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７４－５６２０．２０１５－０３－０２０７－１１Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｓｔａｔｕｓ　Ｑｕｏ，Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　Ｔｒｅｎｄ　ａｎｄＫｅｙ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ　ｏｆ　Ｓｐａｃｅ　Ｌａｓｅｒ　ＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＪＩＡＮＧ　Ｈｕｉｌｉｎ１，ＡＮ　Ｙａｎ１，ＺＨＡＮＧ　Ｙａｌｉｎ１，２，ＪＩＡＮＧ　Ｌｕｎ１，ＺＨＡＯ　Ｙｉｗｕ１，ＤＯＮＧ　Ｋｅｙａｎ１，ＺＨＡＮＧ　Ｐｅｎｇ１，ＷＡＮＧ　Ｃｈａｏ１，ＺＨＡＮ　Ｊｕｎｔｏｎｇ１，２（１．Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｓｐａｃｅ　Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ　１３００２２；２．Ｏｐｔｏ－ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ　１３００２２）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｓｔａｔｕｓ　ｑｕｏ　ｏｆ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ａｎｄ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ　ｈｏｍｅ　ａｎｄ　ａｂｒｏａｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｆｉｅｌｄ　ｏｆ　ｓｐａｃｅ　ｌａｓｅｒ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｂｅ－ｔｗｅｅｎ　ｐｌａｔｆｏｒｍｓ　ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ　ｓａｔｅｌｌｉｔｅｓ，ａｉｒｃｒａｆｔ，ｇｒｏｕｎｄ　ａｎｄ　ｓｕｂｍａｒｉｎｅｓ　ａｒｅ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　ｔｏ　ｍｅｅｔ　ｔｈｅ　ｄｅｍａｎｄ　ｆｏｒ　ｓｐａｃｅ＊收稿日期：２０１４－１２－１０；修回日期：２０１５－０１－２７；网络出版时间：２０１５－０６－１９　１１：４０：０６网络出版地址：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ／ｋｃｍｓ／ｄｅｔａｉｌ／１１．４２３０．ＴＶ．２０１５０６１９．１１４０．００３．ｈｔｍｌ基金项目：国家自然科学基金（Ｎｏ．９１３３８１１６）；兵器基金（ＮＯ．６２２０１０７０１５２）通信作者简介：安岩（１９８６—），男，博士，助研，主要研究方向为光学系统设计；Ｅ－ｍａｉｌ：ａｎｙａｎ＿７＠１２６．ｃｏｍｌａｓｅｒ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ．Ｗｅ　ｓｕｍｍａｒｉｚｅ　ｆｉｖｅ　ｔｒｅｎｄｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｓｐａｃｅ　ｌａｓｅｒ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ，ｉ．ｅ．ｈｉｇｈｓｐｅｅｄ，ｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ，ｍｕｌｔｉ－ｐｕｒｐｏｓｅ，ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｍｕｌｔｉ－ｓｐｅｃｔｒｕｍ，ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｔａｔｕｓ　ｑｕｏ　ｏｆ　ｓｐａｃｅｌａｓｅｒ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ａｎｄ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｐｒａｃｔｉｃｅｓ．Ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　ｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅｓ　ｏｆ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｃｏｍｍｕｎｉ－ｃａｔｉｏｎ　ｔｒａｎｓｃｅｉｖｅｒｓ　ａｎｄ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　ｉｍｐａｃｔ　ｏｆ　ｓｐａｃｅ　ｌａｓｅｒ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍｓ，ｗｅ　ａｎａｌｙｚｅ　ｅｉｇｈｔ　ｍａｉｎ　ｋｅｙ　ｔｅｃｈ－ｎｏｌｏｇｉｅｓ，ｉ．ｅ．ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｈｉｇｈ－ｑｕａｌｉｔｙ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｓｙｓｔｅｍｓ，ｈｉｇｈ－ａｃｃｕｒａｃｙ　ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ　ａｎｄ　ａｌｉｇｎｍｅｎｔ　ｔｒａｃｋｉｎｇ，ｃｏｍ－ｐｅｎｓａｔｉｏｎ　ｆｏｒ　ｉｍｐａｃｔ　ｏｆ　ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ　ｃｈａｎｎｅｌｓ，ｈｉｇｈ　ｒａｔｅ　ａｎｄ　ｈｉｇｈ　ｐｏｗｅｒ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ，ｈｉｇｈ　ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ　ａｎｄ　ｌｏｗ　ＢＥＲ（Ｂｉｔ　Ｅｒｒｏｒ　Ｒａｔｅ）ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ，ｐｏｉｎｔ－ｔｏ－ｍｕｌｔｉ－ｐｏｉｎｔ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｎｅｔｗｏｒｋ，ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ　ｆｏｒ　ｐｌａｔｆｏｒｍ　ｖｉｂｒａｔｉｏｎ　ａｎｄａｔｔｉｔｕｄｅ，ａｎｄ　ｓｐａｃｅ　ｑｕａｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｄｅｖｉｃｅｓ　ａｎｄ　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ．Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，ｔｈｅ　ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ　ａｎｄ　ａｐｐｒｏａｃｈｅｓ　ａｒｅ　ｇｉｖｅｎ　ｆｏｒｔｈｅ　ｋｅｙ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ．Ｔｈｅ　ａｒｅａｓ　ｆｏｒ　ｆｕｒｔｈｅｒ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ａｒｅ　ａｌｓｏ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ　ｆｏｒ　ｇｏｏｄ　ｐｒｏｓｐｅｃｔ　ｏｆ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｐａｃｅ　ｌａｓｅｒｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｄｅｅｐ　ｓｐａｃｅ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ；ｓｐａｃｅ　ｌａｓｅｒ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ；ｓｐａｃｅｃｒａｆｔ－ｂｏｒｎｅ　ｌａｓｅｒ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ；ａｉｒｃｒａｆｔ－ｂｏｒｎｅ　ｌａｓｅｒ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ；ｌａｓｅｒ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｎｅｔｗｏｒｋ０　引 言空间激光通信是以激光为载波，在空间实现语音、图像和数据等信息无线传输的通信方式，具有通信速率高、通信容量大、抗干扰能力强、抗截获能力强、体积小、重量轻和功耗低等优点。

在军事保密信息传输、民用应急信息传输、电磁干扰下信息安全传输和空间信息网络建设等方面均有迫切需求［１－４］。

目前，空间激光通信已经被各个国家所重视，美国、欧洲、日本、俄罗斯等国家和地区进行了大量的研究。

关于激光通信如何向前发展，存在哪些难点和关键技术，又如何解决，其可行性如何，已经成为世界关注的焦点。

本文正是针对以上焦点问题进行讨论。

１　国内外发展现状国外空间激光通信发展迅速，主要研究机构有美国的喷气推进实验室、空军研究实验室、弹道导弹防御组织、林肯实验室；欧洲的欧空局、ＤＬＲ（德国空间中心）、法国国防部采办局；日本的航天局、邮政省通信研究室；俄罗斯的航天部门、精密仪器制造系统公司等。

近几年具有代表性的空间激光通信技术成果见表１。

表１　国外空间激光通信技术成果Ｔａｂ．１　Ｆｏｒｅｉｇｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｃｈｉｅｖｅｍｅｎｔｓ　ｏｆｓｐａｃｅ　ｌａｓｅｒ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ链路类型系统搭载终端国家时间速率星地ＳＬＳ　国际空间站与北高加索地面站俄罗斯２０１２　１２５Ｍｂｉｔ／ｓＬＬＣＤ　月球环境探测器与地面站美国２０１３收６２２Ｍｂｉｔ／ｓ发２０Ｍｂｉｔ／ｓＯＰＡＬＳ　国际空间站与怀特伍德地面站美国２０１４　５０Ｍｂｉｔ／ｓ星空ＬＯＬＡ　Ａｒｔｅｍｉｓ卫星与神秘２０飞机法国２００６　５０Ｍｂｉｔ／ｓ星间ＬＣＴＳＸ　ＴｅｒｒａＳＡＲ－Ｘ卫星与ＮＦＩＲＥ卫星德美２００８　５．６５Ｇｂｉｔ／ｓＥＤＲＳ　Ｓｅｎｔｉｎｅｌ１－Ａｌｐｈａｓａｔ欧洲２０１４　１．８Ｇｂｉｔ／ｓ空空Ｆａｌｃｏｎ飞机与飞机美国２０１１　２．５Ｇｂｉｔ／ｓ地地—　Ｌａ　Ｐａｌｍａ岛屿与Ｔｅｎｅ－ｒｉｆｅ岛屿德国２００５　５．６Ｇｂｉｔ／ｓ空地—　飞艇与地面车载终端美国２００６４０Ｇｂｉｔ／ｓ（波分复用）ＡＲＧＯＳ　ＤＬＲ飞机与地面站德国２００８　１５０Ｍｂｉｔ／ｓ８０２飞行器测控学报第３４卷１．１　国外星载激光通信１．１．１　星地链路在星地通信链路中，２０１２年俄罗斯在国际空间站进行了名为ＳＬＳ的空间激光通信试验，如图１（ａ）所示。

系统从国际空间站发射激光信号，再由北高加索地面卫星接收站将激光解调成电信号，实现信息传输，传送数据量２．８Ｇｂｉｔ，速率达到１２５Ｍｂｉｔ／ｓ。

２０１３年美国ＮＡＳＡ（Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃｓａｎｄ　Ｓｐａｃｅ　Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ，国家航空航天局）向月球发射了月球大气与粉尘环境探测器，其上搭载了ＬＬＣＤ（Ｌｕｎａｒ　Ｌａｓｅｒ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　Ｄｅｍｏｎ－ｓｔｒａｔｉｏｎ，月球激光通信演示验证），如图１（ｂ）所示。

ＬＬＣＤ系统试验验证了月球和地面之间的空间激光通信，实现了距离３５０　０００～４００　０００ｋｍ的空间激光通信，下行速率６２２Ｍｂｉｔ／ｓ，上行速率２０Ｍｂｉｔ／ｓ［５－７］。

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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

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

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

而 目前 商用 的 Ｆ Ｏ 系 统 （ 图 １ 通 常 采 用 光 源 直 接 输 光 学 天 线 系 统 ， 将 其 他 的 控 制 系 统 通 过 光 纤 放 置 于 室 内 Ｓ 见 ） 就 可 以实 现 点 到 点 的连 接 ， 个 系 统结 构 简 单 ， 于 安 装 。 整 易 出 、 电 探 测 器 直 接 耦 合 的 方 式 ， 种 系 统 有 以 下 几 点 缺 光 这
摘 要 自 由 空 间 光通 信 （ ｒｅＳ ａｅＯｐｉ ｌ ｏｕ ｉ ｉ ， Ｆ ｅ－ｐ ｃ ｔ ａ Ｃ ｌｍｎａ ｏ 简称 Ｆ Ｏ） 一 种 通 过 激 光 在 大 气 信 道 中 实现 点 对 点 、 对 ｃ ｔｎ Ｓ 是 点 。
多 点 或 多点 对 多 点 间 语 音 、 据 、 像 信 息 的双 向 通 信 技 术 ， 绍 了 自由 空 间 光 通 信 的 国 内外 研 究 现 状 ， 析 了应 用 现 状 和 数 图 介 分 未来发展趋 势。 关 键 词 ： 由空 间 ； 通 信 技 术 ； 状 ； 势 自 光 现 趋
加 ， 么 封 装 在 一 起 的 整 个 Ｆ Ｏ 系统 终 端 都 需 要 被 新 的终 那 Ｓ
统 技 术 的不 断完 善 和 成 熟 ， 纤 通 信 在 ２ 光 Ｏ世 纪 ８ Ｏ年 代 掀 起 端 取 代 ， 装 新 设 备 的 过 程 需 要 再 次 对 准 ， 安 整个 升 级 过 程 所 给人 们 带 来 巨 大 的损 失 。 了 热 潮 ， 由空 间 光 通 信 一 度 陷 入 低 谷 。 然 而 ， 着 骨 干 网 需 要 的 时 间很 长 ， 自 随 的 基 本 建 成 以及 最 后 一 公 里 问 题 的 出 现 ， 以及 近 年 来 大 功
划 ４ 内 在 全 美 建 设 １０个 Ｆ Ｏ 城 市 网 络 。而 Ａｉ ｉｅ 公 年 ０ Ｓ ｒｂｒ ｆ
空间激光通信

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]。