论述卫星光通信技术的发展与应用

　　在现代化社会中，信息量的不断增加推动了通信技术的日益发展，促使通信技术运用的通信频段不断升级，最后形成了光波频段。因此，在航天事业中应用的卫星光通信技术的地位至关重要。卫星光通信技术是卫星通信技术中的新型技术类型。本文简单分析了卫星光通信技术的发展概况以及具体的应用，仅供参考。

　　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情况越来越多，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广阔的发展空间。

　　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发射设备中，促使激光脉冲的信号发出，发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继续工作、进行译码、解调的任务，进而达到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很多特征。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，使数据传输的速度达到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，特别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)增强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，而且发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。

　　三、卫星光通信技术发展的现状

　　现阶段，卫星光通信技术已成为卫星技术中的研究热点之一。对于卫星通信网，实时通信必须建立星间链路。建立星间链路所采用的波段可有两种选择：微波波段和光波波段。目前，卫星微波通信使用的频段在300MHz到300GHz之间，而卫星光通信的频段为300THz。可见，采用光波段进行通信时的通信调制带宽可以显著增大，通信的数据率可达数Gb/s或更高。激光通信终端具有较小的终端体积和重量，极大的降低了发射成木，同时具有很强的抗干扰能力和保密性，又可减少地而站数量，因此卫星光通信技术已日益成为各国研究的重点，美国、欧洲、日木等已全而开展了此方面的研究，目前已进入空间试验阶段。

　　随着低轨小卫星数量的显著增加，需要高数据率、低功耗、体积小、价格低的星上通信终端，激光星间链路终端正是满足了这种需求。而商业需求和空间信息高速公路的发展，对激光星间链路技术的要求更加迫切，这些商业需求已经成为美国和欧洲等国激光星间链路研究的巨大推动力，并正促使其向商业应用转化。美国NASA正在寻求激光星间链路的潜在应用并作了相应计划，要求工业界要考虑实际需要生产，欧洲工业界也已开始了对可获利的激光星间链路市场的竞争。

　　日本开展卫星光通信的研究尽管较晚，但是进展却很快。日木已于1995年利用装于ETS-VI卫星上的光通信终端成功地与地而站进行了光通信实验，尽管此次实验的数据率仅为1.04 Mb/s，但这是世界上首次成功进行的星地光通信试验。日本的宇宙开发事业团(NASDA)还将与ESA共同进行卫星光通信的实验，实验将在日本的光学星间通信试验卫星与ESA的ARTEMIS之间进行。

　　然而，我国在卫星光通信领域的研究起步较晚展到实质阶段.与欧、美、日等国的差距较大。因此，我们必须高度予以重视，提高卫星光通信领域研究的投入。借鉴国外的经验，加快研究的进程，力争尽快赶上世界发达国家的研究水平。

　　四、卫星光通信技术的应用

　　1、数据中继

　　如低轨地球观测卫星landsat，它所取得的庞大数据通过同步卫星TDRS(踉踪和数据中继卫星)传送到地球站。如果地球站直接接收中、低轨卫星所取得的数据，就必须在地面均匀地配置多个地球站，因为一个地球站可以接收的轨道范围有限。这样的系统将是非常昂贵的。而且在星上搭载数据记录设备，当卫星进入地球站视野时传送所记录的数据。因记录容量有限。对于要不断获取多信道图象数据等庞大数据的系统并不合适。为此，引入通过同步轨道上的中继卫星。将数据传送到地球站的系统。该系统只需三顺同步卫星，就可覆盖低、中轨卫星的几乎所有轨道。也有人提出将这种系统用于象闪电卫星那样的椭圆轨道卫星与GEO卫星间的中继。

　　2、编组应用和数据交换

　　在世界范围内，InteISAT卫星在卫星通信过程中的使用已经将近30年了。现阶段，在大西洋、太平洋等地区的上方都分别有4～7颗正在运行的卫星或者备用的卫星，在对应的通信轨道上运行。这些卫星借助微波组成的路线实现与不同地区间的地面站的联系工作。为了满足将来通信世界的各类需求，需要在众多的轨道上，使用编组的方式，将多个相邻的卫星联结在一起。从某种程度上来说，如果不同地区的地面站打算与同属一组的某一颗卫星组成微波线路，地面站需要与同组内的任意一颗卫星互换所得的工作数据，同时还需要与其他地区的地面站之间统一进行数据的储存和获取。这样的做法有利于提升卫星微波的频率，同时还能够提高卫星轨道的使用效率。在卫星光通信技术适用的过程中，光ISL技术受到干扰的程度最小，在系统的联结工作中具有较大的灵活性。

　　3、支持卫星发射和深空通信

　　ISL技术还可用于卫星发射时对火箭的跟踪、控制.或支持卫星入轨。该技术已在发射使用TDRS系统的卫星和宇宙飞船时使用。此外，在深空通信中，用光能在比微波宽得多的频段上建成高效率的通信系统。

　　五、结语

　　在信息资料的传播工作中运用光频段的手段是现代化卫星通信技术发展的必经之路。在卫星技术工作的过程中，卫星光通信技术的进步不但能够适应现代化卫星技术进步的过程，同时其过程的研究也具有非常关键的现实意义。卫星光通信技术有利于保证我国航天事业和航天技术在世界上的排名，能够增强我国的国防实力和民族实力。研究卫星光通信技术的概况与应用，有利于卫星光通信技术的进一步创新，对我国具有重大的意义。

　　作者：罗威 来源：科学与财富 2016年19期