卫星光通信简介 文档资料

卫星光通信
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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。
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什么是光通信？
光通信是一种以光波作为传输媒质的 通信方式。光波和无线电波同都属于 电磁波，但光波的频率比无线电波的 频率高，波长比无线电波的波长短。
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瞄准、捕获、跟踪子系统
捕获、跟踪子系统是卫星光通信系统中的一个相当重要的子系统， 它关系 到卫星光通信的成败。因此各国在对卫星光通信系统的研究中， 都在捕获、跟踪子系统的研究方面 投入了大量的人力、物力。各研究机构和大专院校也都提出了一 些捕获、跟踪系统的方案，其中的 相当一部分做了实验室模拟。这些方案在探测时的扫描方式以及 探测、跟踪传感器的选用等方面都 有所不同，应该说是各有优缺点。但被实际（如欧空局的ＳＩＬ ＥＸ系统以及日本已实验成功的 空—地激光链路）采用的捕获、跟踪方案是基本一致的。
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自由空间波长（m）
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光通信的分类
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无线光通信也称自由空间光通信（Free Space Optical Communication ）， 简称为FSO。 FSO技术具有高带宽、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。
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卫 星 光 空间域 通 信
卫星一 地面 卫星一 卫星
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工作原理
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光源子系统
在卫星光通信中， 通信光源至关重 要。它直接影响 天线的增益、探 测器件的选择、 天线直径、通信
距离等参量
卫星光通信系统
发射、接收子系统
光发射机大致可 认为是光源、调 制器和光学天线 的级联，而光接 收机则可看成是 光学接收天线和 探测器、解调器
的级联。
瞄准、捕获、跟踪子系统
光信号的瞄准、 捕获、跟踪是卫 星光通信的难点、 重点。信标子系 统也包括在此部
分中
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光源子系统
前言
美国ＪＰＬ实验室、加利福尼亚大学等都对光源系统进行了各方面的研 究 在ＬＥＯ－ＬＥＯ（低轨道卫星—低轨道卫星）和ＬＥＯ－Ｇ ＥＯ（低轨道卫星—静止轨道卫星）链路中，波长都采用８００～８５ ０ ｎｍ范围的ＡｌＧａＡｓ激光器，因为该范围的ＡＰＤ探测器件工作在 峰值， 量子效率高、增益高。而在星地链路中的地面装置中采用倍频Ｎｄ：Ｙ ＡＧ激光器或氩离子激光器 作为光源，波长在５１４～５３２ ｎｍ。该波段具有较强的抗干扰能力，能穿过大气而不使通信中断。而 从抗太 阳的干扰因素来看以及随着半导体激光器的发展，将来卫星光通信采用 的光源有向更短波段发展的 趋势。半导体激光器泵浦Ｎｄ：ＹＡＧ激光器由于不仅具有良好的相干 性，而且可以做得体积很 小，因而也是将来星上激光器的一个良好选择
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卫星激光通信的优点
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卫星激光通信的难点
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卫星光通信的关键技术
? 激光器技术。 ? 捕获、 跟踪与瞄准技术 ? 精密天线收发技术。 ? 调制、 接收技术。 ? 震动抑制技术。
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应用：蓝绿光通信
? 1981年5月，美国在圣地亚哥海域 上空，采用530nm的激光束从一架 飞行在1.3万米高度的飞机与巡航 在300米深度的核潜艇成功的实现 无线光通信 。
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发射、接收子系统-------天线
卫星光通信系统的发射、接收天线实际上就是一个光学望远镜，天线的型式 根据具体情况可采用卡塞格伦型反射式天线或透射式天线。一般说来，在现 在选用的卫星光通信波段范围，对于孔径较大的天线，如ＳＩＬＥＸ系统的 ２５ ｃｍ天线，可采用反射式天线，这有助于降低天线的制造难度，提高天 线的可靠性、减轻重量；而在天线孔径较小时，则选用透射式天线，如小光 学用户终端（ＳＯＵＴ）的天线系统。 由于天线的孔径直接影响着天线的增益，孔径越大，增益越大，因此从提高 天线增益的角度来说，卫星光通信系统的天线孔径应当选取大一些。但是， 孔径增大，天线的体积、重量也要增加，故星上天线孔径也不能过大。一般 卫星光通信系统的星上天线孔径在３０ ｃｍ左右，如ＳＩＬＥＸ系统装于Ｇ ＥＯ卫星上的天线孔径为２５ ｃｍ，装于ＬＥＯ上的为１８ ｃｍ；ＪＰＬ 研制的卫星光通信系统接收天线孔径为３２ ｃｍ；日本进行空—地光通信实 验的卫星光通信系统星上天线孔径为３０ ｃｍ 美国ＪＰＬ的卫星光通信系统中收发天线不共用，且用两个６００ Ｍｂ ｉｔ／ｓ的通道实现１．２ Ｇｂｉｔ／ｓ的通信数据率，而欧、日是收发天 线共用，单通道通信。收发不共用的优点是可降低损耗，缺点是使终端体积 增大，而收发共用的优点是光终端体积小，但由于增加分光镜等分光器件， 使光能的损耗增加
? 通过星载激光系统、机载激光系 统、陆基反射镜系统还可以实现 潜艇与卫星、潜艇与飞机、潜艇 与地面指挥所的实时保密通信。
? 美国当前正在研制的深潜航母就 计划采用先进的蓝绿光通信与中 微子通信相结合的通信方式。
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蓝绿光通信ຫໍສະໝຸດ ? 它是一种使用波长介于 蓝光与绿光之间的激光， 在海水中传输信息的通 信方式，是目前较好的 一种水下通信手段。
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通信波段划分及相应传输媒介
频率 Hz
101 102 103 104 105 106 107 108 109 1010 1011 1012 1013 1014 1015
频段 划分 电力、电话
无线电、电视
微波
红外线 可见光
传
AM 无线电 FM无线电 卫星 /微波
光纤
输
介
同轴电缆
质
双铰线
107 106 105 104 103 102 101 100 10-1 10-2 10-3 10-4 10-5 10-6
? 利用450－570nm的激 光束在深海里进行通信
? 波长459 nm的蓝绿光在 大气中的透过率是65%， 在2000米深度的海水中， 其透光程度平均可达90 ％－95％。
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空间光通信发展展望
近年来的商业需求和空间信息公路、信息高速公路的发展,对卫星间激光链路 技术要求更加迫切,这些已经作为美国、欧洲、日本等国发展该方面技术的动 力,并正向商业应用转化。 现在空间光通信系统发展的趋势主要是: (1) 空间光通信系统的应用正在向低 轨道小卫星星座星间激光链路发展; (2) 激光星间链路用户终端向小型化、一 体化方向发展; (3) 低轨道小卫星星座激光链路正进入商业化、实用化发展阶 段。 在空间光通信研究的前期,主要是以中继星为应用背景。然而,随着小卫星星 座的迅猛发展,国外对第二代中继星的兴趣已经下降,对小卫星星座的兴趣大 大增加。空间光通信研究工作,已经开始逐渐从以中继星为主要背景转到以小 卫星星座为应用背景上。可以预见,研究重点将会逐渐转移到小卫星星座星间 激光链路的研究上。基于此点,对小卫星星座星间激光链路的研究工作将在空 间光通信的研究中占有重要地位。