空间激光通信技术发展趋势分析

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。

空间相干激光通信技术空间相干激光通信技术是一种利用激光在空间中传输信息的新兴通信技术。

它不仅具有高速、大容量的特点，还能实现高质量的通信信号传输。

本文将详细介绍空间相干激光通信技术的原理、应用以及发展前景。

一、空间相干激光通信技术原理空间相干激光通信技术利用激光的高直观性和低发散度特点，通过激光器将信息转换为光信号进行传输。

与传统的无线通信技术相比，空间相干激光通信技术具有更高的传输速率和更低的能量损耗。

同时，激光的窄束特性使得信号在传输过程中几乎不受干扰，能够实现高质量的通信信号传输。

1.卫星通信空间相干激光通信技术在卫星通信中有着广泛的应用。

传统的卫星通信主要依靠微波信号进行数据传输，但受限于频段资源的有限性，传输速率和容量都较低。

而空间相干激光通信技术可以实现高速、高容量的数据传输，可以大大提升卫星通信的效率和性能。

2.地面通信空间相干激光通信技术在地面通信中也有着广泛的应用。

传统的地面通信主要依靠光纤进行数据传输，但光纤的布设和维护成本较高，限制了其在一些特殊环境中的应用。

而空间相干激光通信技术可以实现无线传输，无需布设光纤，具有更高的灵活性和便捷性。

3.无人机通信空间相干激光通信技术在无人机通信中也有着重要的应用。

传统的无人机通信主要依靠无线电波进行数据传输，但无线电波易受到干扰和限制，传输距离和速率有限。

而空间相干激光通信技术可以实现高速、远距离的数据传输，可以提升无人机通信的可靠性和效率。

三、空间相干激光通信技术发展前景随着信息技术的快速发展，对通信技术的需求也越来越高。

空间相干激光通信技术作为一种新兴的通信技术，具有巨大的发展潜力。

目前，国内外已经开始加大对空间相干激光通信技术的研发和应用力度。

预计在不久的将来，空间相干激光通信技术将会得到更广泛的应用，并取得重要的突破。

总结：空间相干激光通信技术是一种利用激光在空间中传输信息的新兴通信技术。

它具有高速、大容量的特点，能够实现高质量的通信信号传输。

空间激光通信技术及其发展空间激光通信技术及其发展摘要：随着空间技术的发展，激光通信技术也逐渐得到重视，空间激光通信技术在空间传输数据方面性能优越。

本文首先分析了空间激光通信技术的原理，其次讨论了空间激光通信技术的发展潜力，最后论述了空间激光通信技术的应用前景。

关键词：激光通信，空间激光，通信发展一、空间激光通信技术空间激光通信技术是指将信息传输系统的发射机、接收机和中继设备安装在天空中，利用激光信号来传输信息的一种技术。

本文介绍的空间激光通信原理如下：1.空间激光通信技术的发射原理空间激光通信技术将特定波长的激光信号发射到太空环境，此时接收机来接收信号，穿透空间的激光信号被接收机的探测装置捕获后，便可以传输信息。

2.空间激光通信技术的接收原理空间激光通信技术的接收原理是接收机的探测器可以探测空间激光信号，并将信号转换为电子信号，然后通过接收机转换为电信号传输到用户端，用户端可以进行识别、解码等处理，最后根据信号进行信息处理。

二、空间激光通信技术的发展潜力1.技术优势空间激光通信技术具有良好的无线信号传输特性，能够有效实现高速、高精度和低功耗的信号传输。

此外，激光信号传播距离长，传输效率高，能够实现空间通信的覆盖和穿透。

2.技术发展随着空间技术的发展，空间激光通信技术也不断取得新的突破性进展。

激光通信载荷的行星级低轨道星座建成，中继型太阳灶通信系统的研制，也标志着激光通信技术走向了规模性的应用，未来的激光通信技术的发展前景十分乐观。

三、空间激光通信技术的应用前景随着现代社会的发展，空间激光通信技术将得到广泛的应用，如： 1.空间科学空间激光通信技术可以用于太空探索，可以替代传统的无线电波传输来传输太空科学实验的信息，以获取更准确的数据。

2.通信空间激光通信技术可以替代传统的无线电波传输来传输信息，以获取更高的传输速率和更稳定的信号，提高信号品质及数据安全性，但由于夜空的密度增加，空间激光通信技术也存在一定的非理想现象，仍有待改进。

空间光通信的发展和前景随着科技的不断发展，人们对通信的需求越来越高。

传统的信号传输方式往往受限于地理及气候条件，这种情况下，空间光通信作为未来的发展方向受到了广泛关注。

本文将会介绍空间光通信的定义、发展历程以及未来的前景。

一、空间光通信的定义空间光通信指的是通过激光光束或可见光来实现通信技术的一种全新技术。

与传统的无线通信相比，空间光通信有着更高的传输速率及更稳定的信号传输性能，而且不受天气和地理等因素的影响。

它的主要特点是无线传输，避免了物理媒介的限制，因此传输速度及网络带宽可以得到很大的提升。

空间光通信所使用的光源通常是可见光，或是具有较高频率的激光光源，通过光学设备进行发送和接收。

在实现过程中，需要考虑天气、地形、建筑物等外界的因素，以及在通信过程中引入的噪音和衰减，因此需要设置一些辅助设备，以确保通信的可靠性及安全性。

二、空间光通信的发展历程空间光通信的发展是一个漫长的历程。

早在上个世纪，科学家就开始了关于光通信的研究。

1960年代，美国的防空部门就开始了“星基光通信”的研究计划。

此后，在数十年的时间里，各国不断探索着空间光通信的技术。

直到21世纪，随着科技的进步，空间光通信的技术才逐渐成熟。

早期的空间光通信技术主要应用于军用领域，目前，则逐渐扩大到民用领域。

2001年，欧洲空间局（ESA）推出了“艾尼亚克斯”计划，将光通信技术引进到卫星通信领域中。

2013年，美国国家航空航天局（NASA）发射了“月球鹰号”火星车，它首次在火星上实现了空间光通信的传输，标志着空间光通信技术已经进入了实用阶段。

三、空间光通信的未来前景随着空间光通信技术的不断发展，其应用范围及未来的前景也越来越广泛。

在通信领域中，空间光通信的技术将有望代替传统的无线通信，实现更大带宽、更快速率、更稳定的数据传输。

在军事领域，空间光通信技术可以帮助保障国家安全，提高通信保密性。

在民用领域，它可以应用于电视卫星直播、云计算、智能交通系统等领域。

激光技术在光通信中的应用和发展前景光通信是一种利用光子传递信息的通信方式，它以光信号代替传统的电信号，在高速、大容量、低损耗等方面具备明显优势。

在光通信系统中，激光技术作为光源是不可或缺的关键部分。

本文将重点探讨激光技术在光通信中的应用及其发展前景。

激光技术是近年来发展迅猛的一种技术，其在光通信中的应用涵盖了光源、光放大器和光调制器等关键部件。

首先，激光器作为光通信中的光源，具备高亮度、方向性好和窄线宽等特点，能够提供高质量的光信号。

激光器的高亮度使得光信号能够在光纤中传播更长的距离，提高了光通信系统的传输性能；激光器的方向性好能够减少信号的传播损耗，提高光通信系统的传输效率；激光器的窄线宽有助于提高通信系统的频谱利用率，实现更高的信号传输速率。

因此，激光器被广泛运用于光通信中。

其次，激光放大器是光通信系统中的关键器件之一，能够通过将光信号放大来弥补信号的衰减损耗。

光信号在传输过程中会因为光纤的衰减而逐渐衰弱，使用激光放大器可以将信号放大到足够的强度，以保证信号能够稳定传输。

激光放大器的发展使得光通信系统的传输距离大幅度延长，达到了几百甚至上千公里。

同时，激光放大器具备高增益、低噪声和宽带宽等优点，适用于不同频段和需求的光通信系统。

最后，激光调制器是光通信系统中的另一个重要组成部分，用于调制激光信号的强度或相位，实现二进制数字信号的传输。

激光调制器的主要种类包括电吸收调制器（EAM）和外差调制器（IM）。

电吸收调制器通过输入电压来控制激光信号的强度，适用于较低速率的光通信系统；外差调制器利用信号光与局域光的光强交叉调制，适用于高速率的光通信系统。

激光调制器的发展使得光通信系统能够实现更高速率、更稳定可靠的数据传输，为光通信技术的发展提供了坚实的基础。

除了以上关键部件的应用，激光技术在光通信领域还有更广泛的应用。

例如，激光技术可用于光纤传感，通过对激光光源进行调制，来实现对物理量（如温度、压力等）的测量。

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。

激光技术的应用前景与发展趋势随着科技的不断进步，激光技术已经广泛应用于各个领域，如制造业、医疗、通信、商业等，而且在未来还有更加广泛的应用前景。

一、制造业激光技术在制造业中广泛应用，可以用于切割、焊接、打孔等。

激光切割比传统的切割工艺更加精准，可以将金属、玻璃、塑料等材料切割成各种形态。

激光焊接的速度比传统的焊接方法更快，而且不会产生气泡和污染物。

激光打孔可以在微小的孔径上进行精确打孔，可以应用于微型电子产品和精密仪器装备的生产。

二、医疗激光技术在医疗设备中有着重要的地位，比如手术用激光切割斑痕、治疗静脉曲张、激光疗法等。

激光切割斑痕是一种非侵入性的治疗方法，可以减轻或完全消除斑痕。

静脉曲张患者通常需要进行手术治疗，而激光治疗只需要几分钟就可以完成。

激光疗法可以杀死癌细胞，有一定的治疗效果。

三、通信激光通信是一种新兴的通信技术，它能够实现更快的数据传输速度和更高的传输容量。

与传统的电信技术相比，激光通信可以将数据传输率提高数千倍，还可以在狭小的空间中传输数据。

未来，激光通信技术有望在卫星通信、智能交通、智能家居等领域得到广泛应用。

四、商业激光技术在商业领域的应用也越来越多，如激光显示、激光雕刻、激光扫描等。

激光显示技术可以实现更高清晰度、更鲜明的色彩和更快的响应速度。

激光雕刻可以将文字、图案等刻在各种物品上，如衣服、皮具、玻璃、金属等。

激光扫描可以将实体模型转换成3D数字模型，是数字化制造和3D打印等领域的基础技术。

总结来说，激光技术的应用前景和发展趋势非常广阔，可以应用于制造业、医疗、通信、商业等各个领域，并且未来还将有更多的应用场景。

因此，提供更加高效、精准和便捷的激光技术已经成为许多行业的迫切需求，需要我们持续不断地进行技术创新和研发，以应对未来的挑战。

空间激光通信研究现状及发展趋势前言：在即将到来的信息时代，构建信息传播速率快、信息传输量大、覆盖空间广阔的通信网络是很重要的。

空间激光通信技术正是构建符合未来社会发展需求的通信网络的重要技术支持之一。

我国的各大高校和科学研究机构都有对这一方面展开研究，比如武汉大学的静态激光通信、华中科技大学的对潜激光通信、中科院成都光电所的自适应激光通信、中电集团34所的大气静态激光通信等。

空间激光通信的应用，有助于构建一体化的通信网络，对于我国发展具有深远的影响。

一、空间激光通信的技术特点1.1光波频率高空间激光通信就是利用激光进行信号传输的通信技术[1]。

激光的频率比微波高出三到四个数量级。

这就导致以激光为载波进行通信，能够利用的频带更加宽广，在短时间内传输大量的数据。

在地球科学研究、环境灾害监测、军事信息获取等领域，经常需要在一段时间内实现海量数据的传输，空间激光通信就可以有效实现这一点。

1.2光波波长短空间激光通信所运用的光波具有极短的波长。

光波的波长决定了发射天线的口径。

如果光波的波长较短，发射天线的口径也会比较小，这样，激光在发射过程中就会相对集中，不容易发生分散，同时消耗的功率也比以往的微波发射低，节省更多的能源。

不仅仅是发射天线，接收终端的型号也与光波的波长长短有关。

利用短波长的光波进行信息传输，接收终端的体积、重量也可以相应缩小，同时消耗更低的能源。

这种性质使得空间激光通信能够搭配多种通信平台，适用范围极为广阔。

1.3方向性强空间激光通信发射的激光光束很窄，指向明确，能够直达目的地，很少发生散射[2]。

以往的微波通信，光束宽，指向性不明显，容易发生散射和折射，影响通信的效果，导致通信不稳定。

空间激光通信就将这一问题进行极大程度的改善。

另外，空间激光通信还具有防窃听的能力，在传输过程中不容易被外界窃取信息，在保证了通信的稳定性的同时，也保证了通信的保密性。

1.4波段远离电磁波谱如果通信光波的波段距离电磁波谱较近，就容易在传输的过程中受到电磁波谱的干扰。