基于大口径望远镜的星地激光通信地面站关键技术研究

激光通信技术论文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，下面是店铺整理了激光通信技术论文，有兴趣的亲可以来阅读一下!激光通信技术论文篇一卫星激光通信技术摘要：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。

空间激光通信系统的设计与研究空间激光通信系统的设计与研究摘要通信行业的快速发展通信容量剧烈膨胀迫切地需要新的技术来增加传输链路的带宽随着光通讯器件制造技术的不断成熟和制造成本的大幅下降自由空间激光通信在近距离高速网中获得了越来越多的应用是解决最后一公里瓶颈问题的有效途径自由空间激光通信具有无线电通信的便利性也具有光纤通信的绝大部分优点本文首先介绍了自由空间激光通信的发展历史应用优缺点和发展趋势的基础知识接着主要介绍了激光通信系统的组成和原理影响光信道传输的因素及解决方案然后具体介绍激光通信系统中光端机的主要电路及其工作原理最后通过做激光光源I-P特性实验深入地了解了半导体激光器的I-P特性随距离和背景光的变化情况确定出合适驱动电流工作点同时本论文对实验数据和现象做了详细的分析关键词空间激光通信光端机FSOI空间激光通信系统的设计与研究AbstractWith the rapid development of communication the communication capacity issharply expanded and new technologies are badly required to enhance the bandwidthof the transmission link As the mature of the manufacture technology and the hugedecrease of the manufacture cost of optical communication apparatus free space lasercommunication is increasingly used in near distance and high speed network such ascut-over layer it is an effective way to solve the bottleneck one final kilometerFree space laser communication has the convenience of the radio communication andthe majority advantage of the optical communicationIn this paper the basic knowledge of the development history applicationadvantage and disadvantage and the development tendency of the free space lasercommunication is introduced And then the compositionand principle of the lasercommunication system and the factors that affect the laser channel transmission andthe solutions are talked Then the key circuit and principle of optical transmitter andreceiver in the space laser communication aremainly discussed Finally thecharacteristic of I-P of the semiconductor laser was understooddeeply as the varies ofdistance and background light source and the suitable work point of the drivingelectric current is fixed by doing the I-P characteristic experiment of laser sourceAndmeanwhile the data and phenomenon of the two experiments in the paper areanalyzed detailedlyKey words space laser communication optical transmitter and receiverFSOII空间激光通信系统的设计与研究目录第一章前言111 FSO 的发展历史与应用 112 FSO 的优缺点 313 FSO 的发展现状 514 FSO 的发展趋势和展望 6 第二章空间激光通信系统821 激光通信系统的分类 822 光发射机 823 光接收机 1024 激光器 1225 空间光信道 15第三章光收发设备 2031 光发送电路 2032 光接收电路定 26第四章实验系统概述3341 实验系统原理 3342 实验系统仪器 3343 激光光源 I-P 特性研究 3544 实验内容及结论 36第五章结论与展望 4251 结论 4252 展望 42参考文献43致谢 44声明 45III空间激光通信系统的设计与研究第一章前言自由空间光通信Free Space Optical Communication 简称为FSO 是指以光波为载体在真空或大气中传递信息的通信技术具体包括有大气光通信卫[1]星间光通信和星地光通信三大技术11 FSO 的发展历史与应用com 浅识FSOFSO 技术基于光纤传输方式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最初FSO 通信设备是无线设备生产商为宽带服务运营商开发的一种在不易进行光纤布线的地段代替光纤设备的网络连接方案以前只用于国防和实验目的至今已有30多年历史FSO 技术具有与光纤技术相同的带宽传输能力使用相似的光学发射器和接收器甚至还可以在自由空间实现波分复用WDM 技术目前 FSO 技术已开始走向民用它即可以提供短距离的网桥解决方案也可以在服务商的全光网络中扮演重要角色FSO 是一种新型无线宽带接入方式是继激光器件发明之后开始在工程上应用的它是光纤通信与无线通信相结合的产物FSO 不是用光纤作为传输媒介而是以大气为媒质通过激光或光脉冲在太赫兹THE 光谱范围内传送分组数据的通信系统其传送终端在原理上与光纤传送终端十分相似但由于用在接入系统因而组成更为简单一个光的无线传输系统所用的基本技术也就是光电的转换在点对点传输的情况下每一端都设有光发射机和光接收机具有全双工双向的通信能力光发射机的光源受到电信号的控制并通过作为天线的光学望远镜将光信号经过空间送到接收端的望远镜高灵敏度的光接收机将望远镜收到的光信号再转换成电信号由于大气空间对不同光波长信号的透过率有较大差别可以选用透过率较好的波段窗口光的无线系统通com红外波段但是发送端和接收端之间互相必须是可视线的两终端之间不能有阻挡1空间激光通信系统的设计与研究FSO 网络主要有三种拓扑结构点到点点到多点星形和网状也可以把它们组合起来使用FSO 技术相对是简单的相连的二个 FSO 单位均由一个激光发射器和一个接收器组成以提供全双工能力FSO 产品可以传输数据语音和影像等内容目前市场上的产品最高支持25bits 的传输速率最大传输距离为4千米不过FSO 技术在理论上没有带宽[2]上限目前国外160Gbits 的设备正在研制当中com FSO 的发展历史早在120年前大气激光传输的概念就由电话发明人贝尔提出过进入20 世纪60年代随着红宝石激光器的出现大大改善了大气激光通信系统的传输性能自由空间光通信技术作为一种通讯技术仅有30多年的研究历史初期由于光电器件制造成本较高自由空间光通信的研究仅限于星际通讯和国防通讯领域随着掺饵光纤放大器EDFA 波分复用WDMA 自适应光学Adaptive Optics 等技术不断发展无线光通信在传输距离可靠性传输容量等方面有了较大改善适用面也越来越宽近年来由于光通讯器件制造技术的飞速发展使自由空间光通讯设备的制造成本大大下降人们才又逐渐开始了自由空间光通讯的民用研究FSO系统的厂商围绕着技术的经济性来开发他们的产品因为安装屋顶到屋顶的FSO链路比挖掘城市街道安装光纤线路快捷便宜得多到了世纪之交无线通信成为一种全球时尚满足了人们随时随地随心所欲获取信息的渴求但其射频频率很拥挤于是人们便将目光转向了无线光通信com FSO 的应用在目前竞争激烈的环境中 FSO无疑为电信运营商以较低的成本加速网络部署提高服务速度并降低网络操作费用提供了可能FSO产品目前最高速率可达25G最远可传送4km 其技术结合了光纤技术的高带宽和无线技术的灵活快速部署的特性可以在接入层等近距离高速网的建设中大有用武之地目前许多企业和机构都不具备光纤线路但又需要较高速率如STM- 1或更高的情况下 FSO不失为一种解决最后一公里瓶颈问题的有效途径FSO主要应用于一些不宜布线或是布线成本高施工难度大经市政部门审批困难的地方如市区高层建筑物之间公路铁路两侧的建筑物之间不易架桥的河流两岸之间古建筑高山岛屿以及沙漠地带等另外FSO设备也可用于移动基站的环路建设场所比较分散的企业局域网子网之间的连接和应急通信对于银行证券政府机关等需要稳定服务的商业应用来说FSO产品可以作为预防服务中断的光纤备份设备鉴于FSO产品安装快速简易因此也可在展览会短期租用的2空间激光通信系统的设计与研究建筑野外的临时工作场所或地震等突发事件的现场作为一种临时的通信连接还可以很方便地监控工业交通信号等FSO技术目前主要应用于最后一公里接入中建筑物之间的网络桥接上到目前为止已经有许多电信运营商将FSO运用到商业服务中其中在2000年悉尼奥运会期间美国的Terabeam与LacentTechnology合作在水上中心和演播中心之间建立了8波道的无线数据通信链路运行期间始终保持畅通2002年AirFibier 公司则在美国波士顿地区将无线通信网与光纤网通过光节点连接在一起完成了该地区整个网络的建设911恐怖袭击后FSO在重建企业的通信联系中发挥了十分重要的作用因此得到了用户们的进一步认可纽约世贸中心遭到恐怖袭击的第一时间纽约州联合法院系统选择了FSO 在不到一周的时间里三个FSO系统迅速恢复了通向曼哈顿法院的业务在国外 FSO 已被电信运营商及各行各业的专业网络用于商业服务在国内电信网通移动联通和铁通也都有不同规模的应用[2]12 FSO 的优缺点com FSO 的优点自由空间激光通信具有无线电通信的便利性同时也继承了光纤通信的绝大部分优点尤其是大通信容量的特点除了无线和大容量宽带这两个优点FSO还具有以下几个优点1无需频谱许可证无线光通讯因设备间没有信号的相互干扰FSO 与大多数低频段电磁波不同的是300GHz以上的电磁波频段的应用在全球都不受限制可以免费使用故无需像无线电通讯如微波LMDS 那样申请频率许可证唯一的要求设备功率不能超过国际电子技术委员会规定的功率上限IEC60825-I 标准2带宽高自由空间光通信和光纤通信一样具有频带高的优势FSO 支持155Mbits-10Gbits 的传输速率传输距离在2-4公里之间在点到多点的组网方式中FSO 同样能支持 155Mbits-10Gbits 的传输速率但传输距离为1-2公里如果采用格形的组网方式则可支持622 Mbits 的传输速率传输距离为200-400米3协议完全透明3空间激光通信系统的设计与研究 FSO 以光为传输媒介任何传输协议均可容易地叠加上去对语音数据图像等业务可以做到透明传送而且完全支持通信上现行的 SDHATM TCP IP等各种协议4成本低廉由于以大气为传输媒质免去了昂贵的光纤敷设和维护工作有资料表明FSO 系统的造价仅为光纤系统造价的五分之一左右5快速链路部署因为不需要埋设光纤和等待各种手续上的问题FSO 可以在几天内完成连接FSO 的无线接收器大小如同一部保安摄像机可以轻而易举地安装在屋顶屋内甚至窗外6安全保密性能强FSO 的波束很窄定向性非常好非可视光夜间也无法发现因此无法探测到链路的位置更不存在窃听的可能性并且用户到集线器之间的链路通常是加密的安全保密性较强7全天候工作FSO 全天候工作的可靠率达99999％远远高于国际规定的通信系统年可靠率95％8便携性由于发射机和接收端设备小巧轻便便于携带当公司或临时驻军时无需重新安装光纤从而节约成本空间激光通信与无线电通信和光纤通信做一个对比如表11所示从表11可以看出空间激光通信较无线电通信和光纤通信具有巨大的优势一系列优点正受到电信运营商越来越多的关注与青睐表11 三种通信的比较通信方法带宽频率许可成本机动性天线尺寸保密性无线电通信小需要高一般大差光纤通信小不需要很高差好空间激光通信大不需要低好小好com FSO 的缺点自由空间光通信系统FSO 是一种新型的无线宽带接入方式它是在空气中用激光或光脉冲在THz光谱范围内传送分组数据的通信系统激光的定向性虽然很好但波束还是随传输距离的增加而慢慢变宽超过一定距离后就难以被正4空间激光通信系统的设计与研究确接收目前测试表明FSO 系统在1公里以下才能获得最佳的效率和质量另外由于波束的传输不能受到阻挡飞鸟也会对 FSO 产生影响另一个主要问题是 FSO 的传输质量对天气非常敏感因为激光光波的波长与雨雪或雾气的水微粒的直径差不多光波易被水气吸收因此晴天对传输质量的影响最小而雨雪和雾对传输质量的影响则较大据测试 FSO 受天气影响的衰减经验值分别为晴天5-15dBKm雨天20-50dBKm 雪天为 50-150dBKm雾天为50-300dBKm 国外为解决这个问题一般会采用高功率的激光器二极管更先进的光学器件和多光束来解决影响 FSO 性能指标的另外两个因素是大风和地震风力和大气温度的梯度变化会产生气穴气穴密度的变化将带来光折射率的变化这会造成光束强度的瞬时突变即所谓的闪光严重影响 FSO 的通信传输质量同时由于FSO 系统的收发设备一般都安装在高楼之上因此大风引起的建筑物的晃动或地震也会造成光路的偏移目前已有偏光法和动态跟踪法两种手段可以解决这一问题激光的安全问题也会影响其使用超过一定功率电平的激光有可能对人眼产生影响人体也可能被激光系统释放的能量伤害[23]13 FSO 的发展现状在地面无线光通信方面1998 年 2 月朗讯公司制造了一套 10Gbs 的无线光通信实验系统由于在大气中传输通信性能受通信距离气候条件等因素限制由于大气的吸收与散射通信距离达到5km 已经算相当长了如果大于5km要提高探测器的灵敏度保持光束的准直性同时要考虑建筑物的热胀冷缩影响光束的准直性AstroTerra 公司在该系统中加入自动跟踪系统以修正建筑物的影响采用内置相机获得方向的变化量反馈给电子执行单元以保持光束的准直性1998 年 8 月两公司对无线光通信系统的原型机进行了测试链路距离25km 数据率 25Gbs是无线光通信系统新的最高记录并于2000年夏季推出4波长波分复用10Gbs 传输距离达5km 的商用系统在星际光通信系统方面美国是最早进行星际光通信研究的国家从 80 年代中期到 1994 年间美国空军支持麻省理工学院林肯实验室建起了高速星间激光通信实验装置 LITE Laser InterSatellite Transmission Experiment 该实验采用了30mW 半导体激光器8英寸口径的望远系统数据率为220Mbs 模拟星际间通信距离达4万公里另外由弹道导弹防御组织与空间和导弹防御司令部共同资助的 STRV2 星地激光通信计划的两个地面实验终端已加工装配成功计划在5空间激光通信系统的设计与研究低轨道卫星与固定地面站间建立光链路斜距达2000km 数据率达1Gbs欧洲方面欧洲空间局为连接低轨道星与同步轨道星进行了轨道间激光通信实验已经制造好两个卫星终端设备一个名为PASTEL 终端已经搭载在法国地球观测卫星 SPOT4 1998年3月22 日发射成功上是第一个在轨光学终端另一个名为 OPALE 终端搭载在欧洲先进数据中继技术卫星 ARTEMIS 上2000年第一季度发射 OPALE 终端采用的波长为800-850nm 通信光功率不超过60mW 信标捕获与链路建立过程中信标光功率小于500mW日本从 80 年代中期就开始星间激光通信的研究工作主要有邮政省的通信研究实验室 CRL 高级长途通信研究所 ATR 的光学及无线电研究室进行此方面的研究工作ATR 主要对光束控制调制等关键技术进行研究和论证并建立了一套自由空间模拟装置进行地面模拟实验CRL 主要进行地面站与工程实验卫星 ETSⅥ之间的激光通信实验以试验星间链路要求的几种基本功能如高精度跟踪双向链路光通信高精度高度测量等并于 1995 年 7 月成功地进行了ETSⅥ与地面站间的光通信实验这是世界上首次成功进行的星地间激光通信实验该实验的成功证明了星地间激光链路的可行性[4]14 FSO 的发展趋势与展望随着通信需求和设备技术的进步在卫星链路中空间光通信系统已开始进入实用化研究阶段从文献报道可以看到近年来几个发展趋势和特点空间激光通信技术的可行性问题已经解决虽然至今尚未真正实现星际间正式通信但是原先顾虑的发射功率小接收灵敏度低捕获瞄准要求高热和机械稳定性要求高等关键技术近几年已取得明显进展相信不久的将来激光通信将取代微波通信成为星际间通信的主要手段空间激光通信已开始向民用方向发展它的商业应用价值已被看好有人甚至提出激光通信在性能价格比上可以同海底光缆通信开展竞争空间激光通信系统原来多采用800nm波段光源这是由于此波段的激光器接收器体积小重量轻效率高比较成熟有成品同时该波段的窄线宽滤波器也有比较成熟的铯原子滤波器近年来各国纷纷把光纤通信的成熟技术和器件引入卫星激光通信相应地工作波段也向1550nm波段发展波分复用技术也已经应用于空间激光通信90年代以来国外的空间激光通信研究已从概念和部件技术研究转入系统研究阶段目前将进入应用性能测试阶段在地面空间光通信的应用中它将作为一个主要的手段进入本地宽带接入市场特别是通常没有光纤连接的中小企业保守地估算这一市场到2005年将增6空间激光通信系统的设计与研究长到几亿或十几亿美元也有人预测能达到20亿现在普遍认为一二年内这一技术就会形成有规模的市场无线电系统和光无线系统在许多方面可互为补充光无线系统能提供小区域的高速连接而无线电系统能提供大区域内低速通信各种系统的无缝连接将能使用户得到更方便的服务比如在办公楼的办公桌附近用户用便携式电脑通过10Mbs的光无绳系统或IrDA系统接入网络当他在办公楼里漫游时他的电脑通过40kbs的楼内微波链路继续与网络连接而当离开办公楼时则转用GSM网提供的96kbs的链路进行通信另外微波系统还可作为光无线系统的备用设备以克服空间光通信受天气因素影响大的缺点当天气情况过于恶劣以至无法进行光通信时自动启动微波通信系统大大提高了空间光通信系统的可靠性[25]7空间激光通信系统的设计与研究第二章空间激光通信系统本章将讨论空间激光通信系统的分类发射机和接收机的组成及原理并简要地介绍空间激光通信影响信道的因素及解决方案21 激光通信系统的分类激光通信系统可分为模拟激光通信系统和数字激光通信系统两大类com 模拟激光通信系统在通信距离不太长容量不太大的自由空间通信系统中传输模拟信号将显得更经济合理应为首选方案在直接强度调制方式中最重要的技术指标之一是系统的线性度虽然半导体激光器LD在许多方面的特性都要优于发光二极管LED 但线性和温度稳定性都要比发光二极管LED差很多并且光电转换时噪声大故在一些要求稍高的应用场合很少采用模拟通信系统数字通信系统正逐渐取代模拟通信系统com 数字激光通信系统高速远距离强干扰的空间激光通信广泛采用数字激光通信系统这类系统抗干扰性强噪声累积少传输质量高通信距离长与计算机联用方便但设备及技术较为复杂光信号远距离传输会产生极大的能量损失接收的信号往往非常微弱同时背景光太阳月亮星体等也会产生很强的干扰大大增强了光信号接收难度在远距离强干扰情况下需要动态捕获瞄准跟踪 Acquisition Pointing Tracking APT 技术空间光通信中ATP APT 以保持光发送接收终端精确定向因此APT系统是数字光通信成功的关键22 光发射机com 光发射机的基本组成光发射机分为模拟光发射机和数字光发射机数字光发射机主要由线路编码电路输入电路驱动电路光源调制器自动光功率控制APC 自动温度控制ATC 光源保护电路发射天线等部分组成如图21所示模拟光发射机无编码电路两种光发射机的核心都是光源和驱动电路8空间激光通信系统的设计与研究图21 光发射机原理框图com 光发射机的工作原理光发射机的功能是将输入的电信号加载到光源的发射光束上变成光信号发射到自由空间进行传输简言之光发射机就是进行EO变换对于数字光发射机而言模拟电信号经过采样量化编码转化为二进制数字信号输入电路将来自电端机的PCM脉冲信号进行整形变成NRZRZ码若采用内调制则由输入电信号来调制发光器件的正向注入电流从而调制发出的光强完成电信息向光信息的转换若采用外调制则利用晶体的电光效应磁光效应和声光效应等性质制成的调制器对光源发出的连续光波进行调制发射的激光信号反映经编码处理后的电信号变化情况最后经过精密光学发射天线变换为发散角很小的已调光束向空间发射出去对于模拟光发射机而言发送端基本采用内调制用模拟信号对光源直接进行强度调制使激光器输出功率按模拟调制信号变化故无需编码电路相对数字电路简单得多但模拟光发射机对激光的线性要求非常高否则失真较大com 光发射机的辅助功能1APC 电路APC 电路使输出光信号的功率稳定而不随外界条件变化当LD 的输出光功率因环境温度变化或LD芯片退化时LD输出光功率都会发生变化通过设置在LD背出光面的监视二极管一般采用PIN-PD 监视LD 的光输出功率并将监视光电二极管的输出反馈给驱动电路当光输出功率下降时驱动电流增加当光输出功率增加时驱动电流下降始终使LD保持恒定的输出光功率2ATC 电路ATC 电路使发光器件工作温度恒定ATC和热敏电阻相接其作用是保持LD9空间激光通信系统的设计与研究组件内恒定的温度以保证激光参数稳定性当组件内因LD过热而升温或因环境温度变化时位于组件管壳内的热敏电阻随温度变化而改变其电阻值通过电阻值变化控制具有双向输出的温控装置ATC 的电流大小和极性并通过TEC 能迅速地达到并维持LD 的恒定工作温度当组件管壳温度大于设定值时TEC 加正偏置制冷过程发生当组件管壳温度小于设定值时TEC加负偏置加热过程发生3光源保护电路光源保护电路保护光源在瞬态过流过压冲击过流过热工作时避免受到损坏提高其使用寿命4光学发射天线光学天线是一个透镜系统把已调制光源的输出信号汇集成传输光束对。

小卫星也能激光通信迟惑【期刊名称】《太空探索》【年(卷),期】2015(000)010【总页数】4页(P32-35)【作者】迟惑【作者单位】【正文语种】中文激光通信是卫星通信界一直在研究的重要课题。

早期的激光通信功能是大型卫星的专利，耗资巨大。

最早的星间激光通信是由欧洲的“艾迪米斯”卫星和日本的“闪光”卫星实现的。

美国也曾经考虑过用激光来实现军用星地高速通信，但是因为预算问题被砍掉了。

如今，商业器件和小卫星技术的发展让卫星激光通信的门槛大为降低了。

美国航宇局（NASA）为此启动了一个称为“光学通信和传感演示验证项目”的计划，由商业企业用两颗“立方星”来尝试星间、星地激光通信技术。

和此前的卫星激光通信相比，这个计划的规模要小得多，但距离实用化更近了一步。

缘起2012年，NASA打算找一家公司研究一下商业现货器件能不能支持立方星的星间通信和交会操作，当然有关技术也能用于其它类型的卫星。

这个项目最早叫做“用于立方星的一体化光学通信与交会传感器”，后来改名叫“光学通信和传感演示验证项目”，简称OCSD。

OCSD的空间段是两颗1.5U的立方星，也就是每颗体积为10厘米×10厘米×15厘米。

同时，在加利福尼亚州南部的威尔逊山天文台设置了地面接收站。

项目的承包商，是一家叫做航天技术有限公司的企业，于是卫星被称作AEROCUBE-OCSD。

AEROCUBE意思就是“航天技术有限公司的立方星”。

在此之前，这家公司还发射了几种小卫星，都是以AEROCUBE作为前缀。

激光通信的要诀和射频通信不同的是，激光通信的波束非常非常窄。

一般来说，红色激光的波束宽度以微弧度计，而射频/微波波束的角度以弧度计。

表一给出了用10厘米直径发射天线发射不同波束的宽度和其他特性。

UHF频段的波束几乎无法用来精确对准。

近红外激光的理论波束宽度则只有5.5微弧度，在1000千米外的光斑直径也只有5.5米。

精确的指向性是远程激光通信的必要条件。

高精度卫星激光通信地面验证系统李少辉;陈小梅;倪国强【摘要】To realize the high-accuracy evaluation of adaptive capacity of laser communication terminal to satellite platform disturbance and orbit attitude changes on the ground, the satellite disturbance simulation technique and satellite following analogue simulation technique were researched, from which the ground verification scheme for laser communication system was proposed.Firstly, the effect of laser communication link following detection error on system following performance, as well as the feature of satellite disturbance vibration source was analyzed.Then the model of the vibration source was constructed.The key technology on satellite disturbance simulation and following simulation and countermeasure were analyzed.Finally, combining with current satellite laser communication and satellite platform technology level, the disturbance and following simulation was developed and the laser communication system test was finished via typical data.Experimental result verifies that high-accuracy beam pointing control based on double feedback loop can improve the control accuracy of beam pointing of satellite disturbance simulator greatly, and the beam control accuracy is superior to 0.1″.With the high-frequency and low-frequency joint satellite disturbance simulation method, the high-accuracy beam control of which control bandwidth superior to 1 kHz is realized.Moreover, the detection accuracy of high-accuracy following system to following performance ofsatellite photo-communication terminal within satellite operating range reaches to 0.1″.%为了在地面高精度评估激光通信终端对卫星平台扰动以及轨道姿态变化的适应能力,研究了卫星扰动模拟技术和卫星随动仿真模拟技术,据此提出了激光通信系统地面验证方案.首先开展了激光通信链路随动探测误差对系统随动性能影响分析、卫星扰振源特性分析及建模工作.其次,分析了卫星扰动模拟和随动模拟的关键技术及解决措施.最后,结合目前卫星激光通信及卫星平台技术水平,利用典型数据开展了扰动和随动仿真,完成了激光通信系统测试.实验结果证明:基于双反馈环路的高精度光束瞄准控制能够大幅提高卫星扰动模拟器光束瞄准的控制精度,光束控制精度优于0.1″;采用高低频联合卫星扰动模拟设计方法,实现了控制带宽优于1 kHz的高精度光束控制;高精度随动系统在全卫星运行区域内对卫星光通信终端随动性能的检测精度可达0.1″.【期刊名称】《光学精密工程》【年(卷),期】2017(025)005【总页数】10页(P1149-1158)【关键词】激光通信;地面验证系统;卫星平台扰振;随动性;光束瞄准控制【作者】李少辉;陈小梅;倪国强【作者单位】北京理工大学光电学院光电成像技术与系统教育部重点实验室,北京100081;中国空间技术研究院北京空间飞行器总体设计部, 北京 100094;北京理工大学光电学院光电成像技术与系统教育部重点实验室,北京 100081;北京理工大学光电学院光电成像技术与系统教育部重点实验室,北京 100081【正文语种】中文【中图分类】TN927.21在航天器测控和业务数据传输技术方面，我国目前主要采用低速率全向测控和高速率业务数据两种信道。

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。

空间激光通信技术研究综述空间激光通信技术研究综述本文关键词：技术研究，综述，激光，通信，空间空间激光通信技术研究综述本文简介：摘要：空间激光通信是现时相对较先进的一种通信技术，相比于传统的微波通信，它相匹敌有著很多不可比拟的优势。

本文首先详细描述了研究空间激光通信技术的必要性，接着分析了空间激光通信技术组成的系统组成、基本原理、关键技术及其优势地位，及按照时间顺序详细地论述了国外空间激光通信技术的发展历史然后研究现状，并对我国空间红外通信技空间激光通信技术研究综述本文内容：摘要：空间激光通信是目前相对来说较先进的一种通信技术，相比于传统的微波通信，它具有很多资源优势不可比拟的优势。

本文首先概述了研究空间激光通信技术的必要性，接着分析自由空间了空间激光通信技术的系统组成、基本原理、关键技术及其竞争优势，然后按照时间顺序详细地论述了国外空间激光通信技术排序的发展历史及研究现状，并对我国空间激光通信技术的研究做了简明介绍，最后详细分析了该的应用前景以及发展新动向，并在结论部分给出了当前激光技术所达到的最新水平。

关键词：空间激光通信；星际链路；通信模式；作者简介：李静，女，1983年出生，河南南阳，博士，讲师，主要从事目标识别、无线通信多方面的研究。

0引言人类通信的现代史源远流长，从古代的狼烟通信、驿站通信，到现代的电报电话通信、无线电通信、光纤通信等，不仅仅是通信多种手段发生了巨变，而且也空前地改变了人类的生活方式。

今天，科技发展日新月异，空中、地面、水下都尽管被开辟为广阔的通信空间，采用高频激光进行空间卫星通信已成为现代通信技术发展的新焦点。

有专家测算，在理想的情况下，用激光作载体进行空间卫星通信，若话路带宽为4千赫，则可容纳100亿条话路；若彩色电视带宽为10千赫，则可同时传送100万套节目而互不干扰，届时，人们的劳作将更加丰富多彩。

与此同时，航天、航空、航海等都对空间激光通信技术提出了迫切需求。

高精度GNSS网数据处理关键技术研究汇报人:日期:目录CONTENCT •GNSS网数据处理概述•高精度GNSS网数据采集•高精度GNSS网数据预处理•高精度GNSS网数据解析与建模•高精度GNSS网数据可视化与结果分析•总结与展望01GNSS网数据处理概述GNSS网数据处理的概念全球导航卫星系统（GNSS）是一种利用导航卫星进行测时和测距的系统，包括美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、欧洲的Galileo和中国的BDS等。

GNSS网数据处理是指对多个GNSS接收机采集的数据进行加工、处理和分析，以获得高精度的位置和时间信息。

GNSS网数据处理的研究现状基于最小二乘法或卡尔曼滤波等数学方法，进行数据平滑、周跳探测和修复等处理。

人工智能和机器学习方法的应用近年来，深度学习、神经网络等人工智能方法逐渐被引入GNSS数据处理领域，以提高数据处理效率和精度。

高精度位置信息在军事、交通、测量等领域具有广泛应用价值。

GNSS网数据处理技术的不断提升，有助于提高导航定位系统的性能和可靠性。

在智能交通、无人驾驶等领域，高精度GNSS网数据处理技术是实现安全、高效导航的关键。

GNSS网数据处理的重要性02高精度GNSS网数据采集接收机性能接收机类型接收机校准高精度的GNSS接收机应具备高性能的信号接收、处理和存储能力，以满足对高精度测量数据的需求。

根据应用需求，可选择不同类型的高精度GNSS接收机，如单频接收机、双频接收机、实时动态接收机等。

为确保测量精度，高精度GNSS接收机需定期进行校准和维护，以确保其正常运转和准确测量。

高精度GNSS接收机80%80%100%观测站的选择与布置为保证高精度的测量结果，观测站应选择在远离干扰源、遮挡物和多路径效应的地方。

根据实际需求和测量任务，确定合适的观测站数量，以确保覆盖范围和测量精度。

为提高测量精度和可靠性，观测站应布置在合理的位置，避免形成闭合环路或冗余观测。

观测站位置观测站数量观测站布置数据采集方案数据传输与存储数据筛选与处理数据采集的方法与流程为确保数据安全和可靠性，观测数据应通过可靠的传输方式及时传输到数据中心进行存储和处理。

星地相干激光通信中的自适应光学系统边界参数设计黄健;张鹏;邓科;蒋大钢;幺周石【摘要】分析了星地相干激光二进制相移键控(BPSK)通信系统中自适应校正波前残差与相干效率的关系;讨论了自适应校正下相干效率和误码概率的动态特征;然后,研究了大气闪烁对相干效率和通信误码率的影响.在假设接收强度均匀分布的前提下建立了波前残差均方根值与相干效率的理论关系,采用频率直方图方法仿真了相干效率以及相应的误码概率的概率分布函数,计算了不同校正残差和闪烁条件下的通信平均误码率.结果表明:波前残差大于1 rad时,相干效率主要受波前残差影响,自适应校正性能达到衍射极限时才能获得10-8的误码率,但此时大气闪烁可能会使误码率增大两个数量级.【期刊名称】《光学精密工程》【年(卷),期】2014(022)005【总页数】8页(P1204-1211)【关键词】相干激光通信;大气湍流;自适应光学系统;波前误差;大气闪烁;误码率【作者】黄健;张鹏;邓科;蒋大钢;幺周石【作者单位】电子科技大学航空航天学院,四川成都610504;电子科技大学航空航天学院,四川成都610504;电子科技大学航空航天学院,四川成都610504;电子科技大学航空航天学院,四川成都610504;中国空间技术研究院西安分院,陕西西安710000【正文语种】中文【中图分类】TN9151 引言自由空间光通信技术近年来取得了突破性的进展［1－2］。

在高速卫星激光通信实验项目上，德国Terrasar－X卫星搭载的激光通信终端与欧洲空间局（The European Space Agency，ESA）光学地面站和移动光学站之间分别成功进行了5.6 Gb／s的相干激光通信演示［3］。

这一实验的成功依赖于几个条件：首先较短的链路距离（＜1000 km）使得接收端具有较高的功率密度（60°天顶角时415μW／m2，0°天顶角时1.3 mW／m2）［4］；其次选择在2 100 m海拔以上的光学站台上运行135 mm口径的激光通信终端，降低了大气湍流的干扰；最后，在地面移动光学终端上仅部署65 mm口径的接收天线，几乎可以完全忽略大气相位的干扰。

“激光通信光学有效载荷”计划-美国星地激光通信演示验证朱贵伟【摘要】2014年6月5日，美国航空航天局（NASA）利用新型激光通信设备成功地从“国际空间站”（ISS）向地球传送了一段高清视频，此举将有助于极大提升未来深空任务的通信传输速率。

回顾21世纪以来空间激光通信领域整体发展情况，欧洲和日本频繁开展多项演示和试验计划，俄罗斯也在2012年首次实现了“国际空间站”到地面的星地激光通信试验，而美国在演示试验方面稍显沉寂。

自2013年底开始，美国开展多次星地激光通信试验，最长通信距离近3.8×105km，展现出其在激光通信领域的强大实力。

【期刊名称】《国际太空》【年(卷),期】2015(000)001【总页数】5页(P58-62)【作者】朱贵伟【作者单位】北京空间科技信息研究所【正文语种】中文2014年6月5日，美国航空航天局（NASA）利用新型激光通信设备成功地从“国际空间站”（ISS）向地球传送了一段高清视频，此举将有助于极大提升未来深空任务的通信传输速率。

回顾21世纪以来空间激光通信领域整体发展情况，欧洲和日本频繁开展多项演示和试验计划，俄罗斯也在2012年首次实现了“国际空间站”到地面的星地激光通信试验，而美国在演示试验方面稍显沉寂。

自2013年底开始，美国开展多次星地激光通信试验，最长通信距离近3.8×105km，展现出其在激光通信领域的强大实力。

“激光通信光学有效载荷”（OPALS）计划是喷气推进实验室（JPL）在“辉腾”（Pheaton）计划下开展的一个项目，以“国际空间站”为试验平台开展星地激光通信试验，主要目的是快速培训刚入职的专业人员，使其在高级管理人员和工程师的指导下，获得研制小型、正样载荷的实践经验。

“激光通信光学有效载荷”计划的试验方案、硬件设备和软件均由喷气推进实验室设计和研制，从项目启动到在轨演示试验历时近5年时间。

2009年10月通过任务方案评审，2010年2月通过系统需求评审，2011年8月完成设计评审，2013年7月空间段有效载荷交付，2014年4月搭载太空探索技术（SpaceX）公司“龙”（Dragon）飞船发射升空。