卫星光通信简介

卫星光通信技术发展新探卫星通信作为应用领域较多、范围较广的一种方式，本身所承担的责任越来越大，科学实验、对地观测、国土资源管理等诸多工作对于传输信息量的要求越来越大，对于传输信息的准确性、可靠性、安全性、实时性都有了更高的要求，這就促使卫星通信技术不断进步、创新，从而更好的服务国计民生。

卫星光通信技术作为目前应用较广的一种通信技术，是当前研究热点之一，研究技术发展及其影响因素有助于未来更好的探索发展前进方向。

1.卫星光通信技术发展近年来卫星光通信技术最典型的一次发展应用就是天宫一号天空授课，利用光通信技术、天链数据“中转站”传送双向实时授课画面，实现天地之间的视频提问和回答，这无疑对卫星光通信技术应用优势的极大认可与发挥，对于该技术的进一步应用与创新提供了可靠参考。

卫星光通信网络的建立必须依靠数据中继卫星建立星间链路，这意味着必须解决解决高速运动的卫星之间的捕获与跟踪，对精度要求极高，光通信所采用的星间链路波段主要以光波波段与微波波段，光波段通信的通信调制带宽可显著增大，数据率也突破Gb/s甚至更高。

目前卫星光通信技术的发展瞄准了导航数据、高分辨卫星遥感、测绘等大容量数据的即时传输与处理需求，以提升通信应用综合效益与价值为目标，对高速大容量微波、激光数据压缩传输与处理核心技术与高效微波、激光数据压缩与数据传输设备等进行深入研究，打造卫星数据传输与处理应用产业链。

卫星光通信技术的应用开辟了全新的通信频道，使调制带宽显著增加，将光功率集中在非常窄的光束中，器件的尺寸、重量、功耗明显降低，各通信链路间的电磁干扰小、保密性强且显著减少了地面基站，具有多重优势。

目前卫星激光通信包括深空、同步轨道、低轨道、中轨道卫星间的光通信，有GEO-GEO、GEO-LEO、LEO-LEO、LEO-地面等多种形式，同时还包括卫星与地面站之间的通信。

随着元器件发展，卫星光通信技术已基本成熟，并逐渐向商业化方向发展，美国、欧洲、日本等国家都制定了多项有关卫星激光通信的研究计划，对卫星激光通信系统所涉及到的各项关键技术展开了全面深入的研究，近几年逐步进入实用化阶段，特别是小卫星星座之间激光星间链路的实现与成熟，必将进一步促进其商业化发展与应用，为未来必将成为未来超大容量卫星通信的最主要的途径。

相干光通信1引言卫星光通信的概念最早提出于20世纪60年代中期，但由于当时技术水平的限制．激光器件的研究刚刚起步，无法满足卫星光通信的要求。

直到80年代，随着光电技术与器件工艺的发展，卫星光通信的研究才开始逐渐受到重视。

卫通信按接收方式分为相干光通信系统与非相干通信系统。

早期的卫星光通信系统借鉴光纤通信技术采用了直接检测的系统方案，虽然能够实现中低速通信系统，但系统的发射功率与接收灵敏度都受到一定的限制。

随着信息时代的高速发展，卫星通信传输量剧增，宽带卫星通信技术成为卫星通信研究的热点。

建立卫星通信链路有两种选择：射频通信与光通信，目前通用的卫星射频通信系统受到传输容量、功耗、重量、体积等方面的严格限制，出现了1 Gbps 以上通信的速率“瓶颈”，难以适应未来高速、宽带通信的需求；利用光频信号在空间传输实现通信被认为是解决该“瓶颈”的最佳方案。

2卫星相干光通信的原理及优势2.1卫星相干光通信的原理相干光通信中的“相干”是指光相干接收技术，根据本征激光器与信号光的频率不同，分为零差或外差接收。

图1为相干接收机的基本结构…，光信号经空间传输，由光学天线接收后，接收到的信号光同本征光混频，经光电检测器转换，输出电信号，解调处理，得到信号。

2.2相干光通信的优势相干光通信具有很多潜在优势，可以提高通信系统性能，接收机灵敏度高，而且能够在电域补偿光传输过程中的信号劣化；支持多种调制方式，多电平的调制方式可提高光通信链路的数据容量；波长的选择性好，频分复用方式实现更高速率传输，提升现有光通信的数据容量。

图1相干接收机原理图3国内外发展现状卫星相干光通信，由于技术与光电器件的原因，发展不是连续的。

1980年到1990年间，光相干检测技术是通信领域研究的热点，并有一系列相干通信理论文章发表及实验系统相继完成。

但因窄线宽高稳频激光器尚未成熟，不能实现工程上的应用。

1990年到1995年，随光纤通信中光放大器技术的发展，尤其是掺铒光纤放大器的实用化，相干检测原理及应用的研究渐少，各国研究机构都转向了直接检测的光通信系统，并相继实现了低速的星地、卫星间的通信试验。

卫星光通信光学系统关键技术朱德燕（1072110216）卫星光通信是以激光作为信息载体在卫星间进行高速数据传输的通信方式，是光通信技术在卫星应用领域的拓展，也是现代大容量空间通信领域的重要研究方向。

与微波卫星通信系统相比，卫星光通信系统具有容量大、速率高、体积小、重量轻、功耗低、可靠性高、保密性和安全性好等优点。

广义的卫星光通信涵盖了卫星与卫星、地面、星际探测器、以及各类航天器和空间站之间的激光通信，因此具有广阔的军事和民用前景。

卫星光通信技术现已在全球范围内形成研究热潮，世界各国均争先发展该技术，以期在未来的太空信息和安全领域占据优势，其中美国、欧洲和日本等已成功实现卫星光通信的空间试验。

光学系统是卫星光通信系统中最基本也是最重要的部分，其设计优劣直接影响卫星光通信系统的主要技术指标。

随着卫星光通信任务和要求的不断发展，卫星光通信系统对光学系统的发射和接收性能的要求越来越高，传统的卫星光通信光学系统设计已不能完全满足高性能终端的设计要求。

光学系统是卫星光通信终端的主体，它的主要作用是将需要传输的光信号有效地发向对方，并接收对方传来的信号光。

卫星光通信光学系统的基本结构主要分为发射光路和接收光路。

发射光学系统主要由激光器、整形透镜组、精瞄镜及发射光学天线组成；接收光学系统主要由接收光学天线、聚焦透镜组、接收探测器、及分光和滤波元件组成。

在收发共用的卫星光通信终端中，接收探测器采集到的位置信号将反馈给发射光路的光束瞄准机构，以建立和维持激光通信链路。

卫星光通信光学系统示意图：激光通信终端由捕获、对准与跟踪(Acquisition Tracking Pointing , ATP) 子系统、通信子系统和辅助功能子系统构成。

在空间激光卫星通信链路的建立中,信号光束的发散角很小(约10～20μrad) ，因此A TP技术是其关键技术，它的跟瞄精度等指标直接关系到光通信系统的通信质量。

对于通信子系统,由于星间通信具有距离远、码速率高和误码率低的特点，对光通信光源的功率提出了极高的要求。

论述卫星光通信技术的发展与应用论文随着我国卫星技术的进步和社会对信息的需要，需要使用卫星进行信息传播的状况越来越多，为了保障信息的实时性和快速性，需要卫星通信过程中越来越高频段的使用。

同时，现代化的卫星星座技术的提高也需要星间链路的建立，利用激光远胜于使用微波，但是激光产生的降雨影响比较大。

通过选择适当的波长和在不同的地点分设地面站的方式，可以有效地克服激光带来的不良影响。

卫星光通信技术具有宽阔的进展空间。

一、卫星光通信技术的工作原理首先，在对地表网络系统中的通信信号进行处理后，经过编码和调控，将通信信号加载后使其进入地球上的激发放射设备中，促使激光脉冲的信号发出，放射的工作通过光学卫星天线进行。

在大气层的通道处理后，借助通信卫星来负责接收信号、进行解调，在卫星上实现光通信技术，将信号转输到地面的光学卫星天线上连续工作、进行译码、解调的任务，进而到达两个卫星地球站的全光双工通信的目的。

二、卫星光通信技术的基本特征与一般的卫星微波相比，卫星光通信技术具有许多特征。

包括： (1)拓展了新型的卫星通信渠道，扩大了卫星通信的容量，使数据传输的速度到达100Gb/s，而且运用卫星光通信技术具有潜在的优点。

在现阶段，我国的卫星中的微波带宽度是2GHz( Ku波段和C 波段)左右，但是激光的频带宽大于105GHz，通信设施中不会有多余信号的干扰。

(2)减轻了卫星通信设备的.重量，特殊是对于卫星运载的设施来说，重量的减轻能够降低耗费的能源量。

有利于延长卫星的使用年限，提高星上的处理效率。

(3)增添了卫星通信过程的保密工作。

使用激光进行卫星通信能够起到有效的指向作用，而且放射过程中的激光束很窄，一般的发散角都属于毫弧级别的，因此在通信过程中具有良好的保密性。

(4)卫星光通信技术能够有效的避开干扰因素，而且要优于卫星微波通信技术。

(5)卫星光通信也具有明显的缺点。

最重要的是激光星地链路受大气中的降雨、烟尘、雾霆的影响比微波大。

卫星光通信系统及其发展摘要：卫星光通信光通信由于其保密性能高，传输容量大，已经被应用到空—空、空—地等需要海量数据传输的场景中。

国外光通信发展已经达到了实用阶段。

国内由于器件研发尚不成熟，目前空通信也是处在实验阶段。

本文分析了国际上近几年的空间光通信发展动态。

关键词：卫星光通信1引言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。

其传输速率高、可利用频带宽、安全性（可靠性）高、保密性强、终端设备体积小、质量轻、功耗低等优点吸引着各国专家锲而不舍地探索。

近几年，美国、欧空局各成员国、日本等国都对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，目前在光通信领域已取得突破性进展，成功地实现了卫星—地面、卫星—卫星之间的光通信试验，预计最近几年就将进入实用化阶段。

我国已经开展了卫星光通信技术的研究，进行了卫星光通信系统的计算机模拟仿真分析以及初步的实验室模拟实验研究，目前正在进行卫星光通信关键技术的研究。

随着卫星光通信技术的不断成熟，我国也将这种通信技术应用于未来各种卫星组网，以便实现它们相互配合协同工作。

随着卫星激光通信关键技术的突破和激光所具有的优势逐步体现，业界的专家达成一致意见：面对日益增长的高数据率和大通信容量的需求，必须用光通信来实现卫星通信。

未来世界的通信体系将是一个天上卫星光网和地面光纤光网连接一起的空地激光通信体系，如图1所示。

图1 空地激光通信体系1 国际卫星光通信发展现状1.1 美国卫星光通信的发展美国卫星光通信开展得较早，20世纪70年代即开始相关研究。

但是由于美国初期的卫星光通信研究往往由政府或军方主导，保密性较高。

随着欧洲和日本卫星光通信的成功，越来越多的商业公司开始进入卫星光通信市场，美国卫星光通信的研究也变得开放和兴盛起来。

军用卫星激光通信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。

国外卫星激光通信星间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SILEX和SOUT。

广播电视传输技术的卫星与光纤传输比较随着现代科技的飞速发展，广播电视传输技术也在不断升级和改进。

卫星传输和光纤传输作为两种常见的广播电视传输方式，各自具有一定的优势和特点。

本文将对卫星传输和光纤传输进行比较，以帮助读者更好地理解它们的应用和差异。

一、技术原理比较1. 卫星传输技术卫星传输技术是利用地球上的人造卫星搭建通信网络，将信号通过卫星传输到接收器。

其基本原理是通过地面发射站将信号发射到卫星上，卫星再将信号转发到接收站，实现数据传输。

2. 光纤传输技术光纤传输技术是利用光纤作为媒介传输信号。

光纤内有一根或多根由高折射率材料包裹的光导纤维，通过光的全反射将信号从发射点传输到接收点。

二、传输距离比较1. 卫星传输技术卫星传输技术适用于大范围的传输，跨国、跨洲际传输的优势明显。

卫星传输可以实现长距离的信号传输，无论是在陆地、海洋还是空中，都可以覆盖到。

其传输距离可以达到几千公里，具备强大的穿透力。

2. 光纤传输技术光纤传输技术适用于近距离传输和长距离传输，但对于地理环境没有要求。

它可以在城市、乡村等地方自由铺设，在传输过程中不会受到空间地理环境的限制。

光纤传输的距离可以达到几十公里到上百公里，但超过一定距离后会出现信号衰减的问题。

三、传输带宽比较1. 卫星传输技术卫星传输技术具备较大的传输带宽，可以同时传输多个频道的信号。

它适用于广播电视等需要高带宽的应用场景。

通过卫星传输，用户可以接收到高质量的音视频信号。

2. 光纤传输技术光纤传输技术也具备较大的传输带宽，但相对于卫星传输来说，其承载能力有限。

尽管光纤传输也可以传输高质量的音视频信号，但在大规模的广播电视传输方面，可能无法满足需求。

四、传输稳定性比较1. 卫星传输技术卫星传输技术受天气和其他自然因素的影响较大。

在恶劣的天气条件下，如雨雪、大风等，卫星信号的传输可能会受到干扰或中断。

因此，卫星传输在稳定性上有一定的局限性。

2. 光纤传输技术光纤传输技术相对稳定，不受天气和环境影响。

空间光通信技术简介空间光通信又称为激光无线通信或无线光通信。

根据用途又可分为卫星光通信和大气光通信两大类。

自从60年代激光器问世开始，人们就开研究激光通信，这时的研究也主要集中在地面大气的传输中，但因各种困难未能进入实际应用。

低损耗光纤波导和实用化半导体激光器的诞生为激光通信的实际应用打开了大门，目前光纤通信已经遍布世界各国的各个城市。

由于对无线通信的需求的增长，再有卫星激光通信的快速发展，自从90年代开始，人们又开始重新对地面无线光通信感兴趣，进行了大量的研究，并且开发出可以实用的商业化产品。

一、开展空间光通信研究的意义及应用前景1.作为卫星光通信链路地面模拟系统的技术组成部分卫星光通信链路系统在上卫星前必须有地面模拟演示系统，以保障电子系统、光学系统、机械自动化控制系统等各子系统的良好工作。

在链路捕捉完成以后，与以太网相连的无线光通信系统借助于光链路的桥梁，源源不断地输送以太网上的信息，这是考验光链路稳定性能的重要指标。

2.为低轨道卫星与地面站间的卫星光通信打下良好的技术基础低轨道卫星与地面站的通信会受到天气的影响，选择干旱少雨地区建立地面站在相当程度上缓解了这一矛盾，再通过地面站之间的光纤网可以把卫星上信息送到所需地点，这从技术上牵涉到空间光通信网与光纤网连接问题，这方面问题已经基本得到解决。

3.空间光通信具有巨大的潜在市场和商业价值●可以克服一些通常容易碰到的自然因素障碍当河流、湖泊、港湾、马路、立交桥和其它自然因素阻碍铺设光纤时，无线光通信系统可跨越宽阔的河谷，繁华的街道，将两岸或者岛屿与陆地连接起来。

●提供大容量多媒体宽带网接入用无线光通信系统作为接入解决方案，不需耗资、耗时地铺设光纤就能满足对办公大楼或商业集中区大容量接入的需要。

●可为大企业、大机关提供内部大容量宽带网无线光通信系统能在企业、机关范围内为建筑物与建筑物之间的大容量连接提供一种开放空间传送的解决方案。

●为公安、军队等重要部门提供高速宽带保密通信。

卫星激光通信技术作者：杨海涛来源：《科技创新与应用》2014年第28期摘要：激光通信设备具有通信速率高、体积小、重量轻和功耗低等优势，广泛应用在卫星与卫星之间的高速数据传输。

文章介绍了卫星激光通信技术的特点及系统组成，详细分析了卫星激光通信的关键技术。

最后结合国内外卫星激光通信技术的发展现状和水平，提出了我国大力发展卫星激光通信技术和应用系统的建议。

关键词：卫星激光通信；激光通信；数据传输引言目前卫星通信主要是微波通信，随着航天技术应用的逐步深入，微波通信中的频率资源已经显得越来越紧张，且经常性出现频率干扰问题，数据量越来越大，传统的微波通信已经不能满足未来航天通信的需求，因此急需开发新的通信手段来弥补未来通信的不足。

卫星与卫星之间的无线激光通信是一项崭新的卫星通信体制，相对于现有的卫通技术而言，具有以下技术特点和优势：（1）通信速率高，激光通信通信速率能达到10Gbps或者更高。

（2）体积小、重量轻、功耗低。

（3）不存在频率干扰问题，由于卫星与卫星之间采用点对点无线激光通信，因此基本上不存在干扰问题。

（4）隐蔽通信和抗干扰能力更强。

由于卫星激光通信具有极窄的束散角，不容易被侦察和被干扰。

（5）作用距离更远，是未来深空高速数据传输的理想技术手段。

深空探测从环月的几十万千米到几百万千米（甚至更远），对通信频段提出了更高的要求。

1 国内外卫星激光通信发展现状1.1 国外发展现状分析20世纪60年代，国际上就开始了空间光通信技术的研究，主要进展如下。

1.1.1 欧空局光通信欧洲空间局（ESA）于1986年提出了SILEX计划，经过几十年的发展先后进行了低轨道卫星与同步轨道卫星之间、GEO与地面的激光通信实验（见图1）。

低轨道终端搭载在法国地球观测卫星SPOT4上，高轨道终端OPALE搭载在ARTEMIS卫星上。

两颗卫星间隔30000km，相对运动速度为7km/s。

2001年11月，ESA完成了通过星间链路将图象从SPOT4经由ARTEMIS传送到地面站的实验，通信速率为50Mbit/s。