卫星光通信简介
卫星光通信技术发展新探
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
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
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
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
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
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
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。
卫星光通信简介
空间光通信发展展望
近年来旳商业需求和空间信息公路、信息高速公路旳发展,对卫星间激光链 路技术要求愈加迫切,这些已经作为美国、欧洲、日本等国发展该方面技术 旳动力,并正向商业应用转化。 目前空间光通信系统发展旳趋势主要是: (1) 空间光通信系统旳应用正在向低 轨道小卫星星座星间激光链路发展; (2) 激光星间链路顾客终端向小型化、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。 在空间光通信研究旳前期,主要是以中继星为应用背景。然而,伴随小卫星星 座旳迅猛发展,国外对第二代中继星旳爱好已经下降,对小卫星星座旳爱好大 大增长。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。能够预见,研究要点将会逐渐转移到小卫星星座 星间激光链路旳研究上。基于此点,对小卫星星座星间激光链路旳研究工作 将在空间光通信旳研究中占有主要地位。
卫 星 光 空间域 通 信
卫星一 地面 卫星一 卫星
工作原理
卫星光通信系统
光源子系统
在卫星光通信中， 通信光源至关主 要。它直接影响 天线旳增益、探 测器件旳选择、 天线直径、通信
距离等参量
发射、接受子系统
光发射机大致可 以为是光源、调 制器和光学天线 旳级联，而光接 受机则可看成是 光学接受天线和 探测器、解调器
光通信是人们经过数年探索并于近几年取得突破性进展旳新技术。 而卫星光通信更是一种崭新旳空间通信手段。利用人造地球卫星 作为中继站转发激光信号，能够实目前多种航天器之间以及航天 器与地球站之间旳通信。
什么是光通信？
光通信是一种以光波作为传播媒质旳 通信方式。光波和无线电波同都属于 电磁波，但光波旳频率比无线电波旳 频率高，波长比无线电波旳波长短。
卫星激光通信技术
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。
卫星光通信技术及军事应用前景
（５）保密性好，抗截获能力强：由于通信光束发散角小，因此敌方很难对通信链路进行侦听，即使 对方截获也能及时察觉而采取措施。
（６）某些波段的海水穿透能力强：海水对波长为４５０～５５０ｎｍ内的蓝绿激光的衰减比对其他波段的衰 减要小很多，被称为“水下窗口”，使得飞机对潜艇、卫星对潜艇的激光通信成为可能。
３国内外研究情况
目前国际上卫星光通信的研究已经步入工程化阶段，国外以美国、日本和欧盟为代表，研究成果代 表了国际最新研究进展，我国在此领域的研究也处于世界先进水平。
（１）美国 美国是世界上最早开展卫星光通信研究的国家，国内主要研究机构有国家航空和宇航局ＮＡＳＡ、空气 动力试验室ＪＰＬ、Ｂａｌ ｌ Ａｅｒｏｓｐａｃｅ公司、Ｌｉｎｃｏｌｎ试验室等。 美国空军早在２０００年就通过ＴＳＸ一５卫星上搭载的ＳＴＲＶ一２卫星光通信终端进行了星地通信试验，试验 实现了卫星到地面５５０—２０００ｋｍ传输距离条件下１．ＯＧｂｐｓ速率的双向激光通信，终端质量仅为１４．３ｋｇ。 ＮＡＳＡ、ＪＰＬ和麻省理工大学（ＭＩＴ）共同开展了一项火星激光通信验证系统（Ｍａｒｓ ｌａｓｅｒ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｏｎ，肌ＣＤ），验证火星探测器和地球之间激光通信的可行性，试验证明两者之间的通信速率 可以达到ｌ～３０Ｍｂｐｓ。其它机构也开展了光调制、稀疏波分复用等方面的研究。 美军计划在下一代卫星通信系统中的高级极轨系统（ＡＰ０ｓ）、光学中继通信系统（ＯＲＣＡ）、转型通 信卫星系统（ＴＳＡＴ）中均增加全球的光接入方式，能够与地面和高空中飞行器建立激光通信链路，目标 是每个终端能够提供超过４０Ｇｂｐｓ速率的通信能力。
卫星移动通信业务介绍
卫星移动通信业务介绍卫星移动通信业务介绍1.引言本章节主要介绍卫星移动通信业务的背景和重要性。
1.1 背景随着科技的不断发展，人们对通信的需求也日益增长。
传统的移动通信网络在一些偏远地区或广大海洋上无法提供覆盖，这时候卫星移动通信就起到了关键作用。
1.2 重要性卫星移动通信业务不仅可以提供全球覆盖，还具备高可靠性、高安全性等优点。
它广泛应用于海洋、航空、军事等领域，为人们的日常生活和工作带来了巨大便利和改善。
2.技术原理本章节将详细介绍卫星移动通信业务的技术原理和工作方式。
2.1 卫星通信系统组成卫星通信系统由卫星、地面站和用户终端组成。
地面站与用户终端通过卫星进行通信，实现信号传输和数据交换。
2.2 通信流程卫星移动通信的通信流程包括信号发射、信号传输、信号接收和数据处理等环节。
通过卫星的中继作用，数据可以在不同的地理位置进行传输和接收。
3.应用领域本章节将详细介绍卫星移动通信业务在不同领域的应用情况。
3.1 海洋领域卫星移动通信在海上作业、航海航行等海洋领域中发挥着重要作用。
它可提供全球范围覆盖，实现船舶间的通信和位置追踪。
3.2 军事领域卫星移动通信在军事通信和军事行动中起着至关重要的作用。
它能够实现战场内外的通信，提供安全可靠的数据传输，并支持指挥与控制系统的运行。
3.3 航空领域卫星移动通信对航空领域的应用也非常广泛。
它能够实现飞机间的通信，支持航班管理和飞行安全保障。
4.法律及政策要求本章节将介绍卫星移动通信业务的法律和政策要求。
4.1 许可要求从事卫星移动通信业务需要符合国家相关部门的许可要求，包括频率分配、卫星运营等方面。
4.2 保密要求卫星移动通信业务涉及军事等敏感领域，因此有严格的保密要求，需要符合相关法律和政策。
附件：1.卫星移动通信业务示意图2.卫星移动通信技术白皮书注释：1.卫星移动通信：通过卫星实现移动终端的通信，包括语音方式、短信、数据传输等。
2.地面站：指位于地面上的设备，用于与卫星进行通信。
卫星光通信捕获跟踪技术研究
卫星光通信捕获跟踪技术研究摘要：由于通信速率高，保密性好，因此在卫星通信中有着广泛的应用前景。
然而，建立高可靠、大容量的卫星光通链路有赖于两个卫星光通信终端之间的连续对准，这就要求卫星光通信终端的捕获、跟踪和瞄准。
在光通讯链路的维护过程中，捕捉是光传输链路的基础，而维持光通讯链路的稳定性要求更高。
关键词：卫星光通信；捕获跟踪；技术研究引言：星间光通信在通信速率、保密性、体积、重量、功耗等方面都明显优于目前的无线通信技术。
星间光通信是一种非常有前途的卫星通讯技术，它在未来的太空通讯网络建设中具有举足轻重的作用。
星间光通讯系统中，在两个卫星进行通讯前，必须先完成彼此的捕获、瞄准和跟踪。
在 APT工作中，首先要进行的是扫描捕捉。
由于激光束狭窄，发射距离远，卫星姿态稳定，星上振动等因素，给扫描和捕捉带来了困难。
因此，研制一种高性能的星间 APT系统是保证星与星之间正常通讯的重要保证。
一、卫星光学通讯概况科技的发展使人类进入了一个高速发展的信息化时代。
信息的传送分为有线和无线两种，有线传送主要是在地面进行短途的传送，而地面与空间、空间与空间的长途传送则是通过无线传送来实现的。
卫星是目前最重要的无线通讯平台，而目前的卫星通讯大多采用微波通讯，由于其波长较长、收发天线较大，因此在卫星平台上使用的终端功率较大，体积较大。
而随着微型卫星的快速发展，微波通信已无法适应低负载、低功耗的卫星通信要求。
此外，随着信息的不断增长，卫星微波通讯的频带较低，通信速率、带宽受到限制，已无法适应当今时代对大量信息的传送。
这就是新一代自由空间通讯技术——激光通讯，也就是所谓的“激光通讯”，即在卫星与其它平台间，以激光为媒介，以激光为媒介，以激光在太空中的传播，完成通讯[1]。
二、卫星光通信的研究背景和意义与常规微波通信相比，卫星激光通讯除了功率低、重量轻、体积小、数据传输速率高、信息量大等优点之外，还具有较强的保密性、较强的抗电磁干扰、不需要申请频谱许可等优点]。
空间光通信技术的应用研究
空间光通信技术的应用研究随着科技的不断发展，人类对于通信技术的要求越来越高。
传统的通信方式已经无法满足人们日益增长的通信需求。
因此，不断涌现出新的通信技术。
空间光通信技术就是其中之一。
空间光通信技术是指利用可见光、红外线或激光等电磁波在空间中传输信息的通信技术。
相比传统通信方式，它具有高速传输、宽带通信、低延迟、耗能低和抗干扰等优势，已经被广泛应用于卫星通信、无人机通信、机器人通信等领域。
一、卫星通信卫星通信是指通过卫星进行的通信方式。
传统卫星通信采用的是射频技术，而空间光通信技术则是通过激光或可见光实现通信。
与传统卫星通信相比，空间光通信技术具有更高的数据传输速率和更低的信号时延。
因此，空间光通信技术被广泛应用于星地、星间、星船之间的通信。
卫星通信中的光通信系统主要包括激光通信和可见光通信。
激光通信利用激光器发射激光，经过空间传输后被地面站进行接收。
可见光通信则利用红外光作为信号媒介进行通信。
这两者都有着自己的优势和应用场景。
二、无人机通信随着无人机的普及，无人机通信也成为了一个重要的领域。
传统通信方式往往面临着频谱瓶颈和干扰等问题，而空间光通信技术则可以有效的解决这些问题。
无人机通信中常用的光通信技术包括激光通信和红外光通信。
它们可以实现无人机与地面站、无人机与无人机之间的高速、高质量的通信。
在无人机的集群协同中，空间光通信技术也起到了重要作用。
可以利用光通信技术进行无人机之间的协调，从而提高无人机的协同作战效率。
三、机器人通信随着机器人的普及，机器人之间的通信也成为了重要的问题。
在工业生产中，机器人之间的高效通信是提高生产效率的关键。
空间光通信技术带来高速传输和低时延的特点，则成为了实现机器人之间高效通信的一种重要手段。
除此之外，在医疗和救援等领域中，机器人的应用也越来越广泛。
在这些领域，空间光通信技术也可以发挥重要作用。
比如，在救援机器人中，可以利用光通信技术实现救援机器人与远程指挥中心之间的高效通信。
宽带卫星通信介绍
宽带卫星通信一、基本概念宽带卫星通信是指利用通信卫星作为中继站在地面站之间转发高速率通信业务，是宽带业务需求与现代卫星通信技术相结合的产物，也是当前卫星通信的主要发展方向之一。
宽带卫星通信系统是与互联网技术相联系的，运行TCP/IP 协议族的卫星通信系统。
它是数字多媒体、卫星广播、互联网的有机结合，为一系列新的应用提供了统一的服务平台，是卫星通信宽带化的一个方向。
宽带卫星通信网络结构是地面宽带IP 技术在通信领域内的演变和应用，是适应卫星分组业务和降低系统复杂性的一种尝试，目的在于廉价地提供用户满意的大流量分组数据业务，而无须ATM的干预。
它以卫星系统为基础，以IP 为网络服务平台，以Internet 应用为服务对象。
宽带是通信的发展方向，卫星通信在卫星产业中占主导地位，因此，宽带卫星通信对卫星应用产业来讲可为举足轻重。
Internet 的结构决定其不对称性。
而卫星通信网具有广播特性，上、下行链路也不对称，且具有空间跨越大、覆盖面积大、远程连接、直接一次投送到户、实时传输等优点，而这正是目前Internet 网所需求的。
卫星通信是Internet 网的重要补充，两者的结合是一种技术上的必然结果。
二、宽带卫星通信系统的分类根据不同的分类标准，可以把宽带卫星通信系统进行如下分类：1. 根据用途可分为中继型和面向用户型两类。
中继型卫星可作为中继链路为分布在不同地区的宽带网络提供互连的能力，即所谓的“宽带岛互连”;面向用户型卫星通过用户网络接口(UNI)直接为大量的终端用户(尤其是对移动用户)提供B- ISDN 网的接入链路，即是面向用户的“空中交换机”。
2. 根据轨道情况可分为静止（高）轨道（GEO，高度约为36000km 的赤道轨道）、中高度轨道（MEO,高度为10000- 20000km 范围内）和低高度轨道（LEO，卫星高度在1500km 以下）。
采用静止轨道需用卫星数量少、星座结构简单；而低轨道卫星信道传输延时小、适合实时业务。
卫星间光通信技术
（． １ 南京工程学 院通信工程 系。 南京 ，１０ ３ ２ 安徽移动通信有限责任公司 ， ２０１ ｝ ． 合肥 ．３ ０ １ ２ ０６ ｝ ３ ．解放军理工大学通信工程学院通信工程系 ， 南京 ，１ ０ ７ ２００）
摘 要 ：介绍 了卫 星 间激 光通信 系统 的构 成 ， 析 与 比较 了星 间非 相干 的Ｉ Ｄ 系统和 相干 分 Ｍ／ Ｄ 光通信 系统的性 能 。 出对 于 同步卫 星间这 种超长 距 离 的光 通信 系统 ， 的接 收灵 敏度是 至关 重要 指 高
维普资讯
１ 第 ２卷 第 期 ６
２０ ０ ６年 ３月
光 电 子 技 术
Ｏ Ｔ Ｌ Ｃ ＯＮＩ Ｃ ＯＬ Ｙ Ｐ ＯＥ Ｅ ＴＲ Ｃ ＴＥ ＨＮ ＯＧ
Ｖｏ ． ６ Ｎｏ １ １２ ．
Ｍ ａｒ ２ ０６ ． ０
卫星 间光通信 技术
Ｉ ｔ ｒｓ ｔ ｌｔ ａ ｅ ｍｍｕ ｉａ ｉ ｎ Ｔ ｃ ｎ ｌ ｇ ｎ ｅ － ａ ｅ ｌ ｅ Ｌ ｓ ｒＣｏ ｉ ｎｃ ｔ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ｏ
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激光卫星通信技术
激光卫星通信技术激光卫星通信技术1 用于卫星通信的激光技术用于建立激光链路的光源，一直是激光通信的关键技术之一，由于受到光传输介质及探测器的影响，对激光波长的研究主要集中在800nm、1000nm及1550nm三个波段，除去激光通信第一代气体激光器，其后用于星上的激光器研究主要集中在与以上三种波长对应的半导体激光器、固体激光器和光纤激光器。
(1)半导体激光器半导体激光器是以半导体材料作为激光工作物质的激光器。
它的优点在于超小的外形体积、极高的转换效率、结构简单等。
在已进行的星间、星—地试验中几乎都采用半导体激光器。
但半导体激光器相比较与别的激光器，缺点是发射光功率较小、波长稳定性差、线宽较宽、调制速度较低。
相对于别的缺点，发射功率是它最大的缺点，SILEX系统中，信标光使用了19只半导体激光器，STRV-2系统不管是信标还是信号都使用了多只激光器。
多只激光器复合会带来别的问题。
针对于发射功率限制，一种被称为主控振荡功率放大(MOPA)的半导体器件被采用。
根据所公布资料中MOPA的参数可以看出，半导体激光器功率小的问题已获得初步解决，只要MOPA的功率环境能满足空间环境的要求，半导体激光器会被更广泛的应用于星间和星地激光链接。
(2)固体激光器固体激光器因其体积大、转换效率低并未被星上应用看好，但随着探测灵敏度对调制方式选择，固体激光器波长稳定性好、发射功率可以做得很大的优点受到重视。
特别是Nd: YAG固体激光器，比较适合空间应用。
Nd:YAG激光器优异的性能使其可采用各种调制方式，虽然1064nm的波长落在APD的高增益区外，但基于PSK调制、直接采用光零差解调的检测方式，可使探测器灵敏度大幅提高，几乎等于量子极限9光子/比特。
据资料报道，Nd:YAG激光器的在保证性能的情况下，已通过各种空间环境试验，满足空间飞行条件。
长期以来，Nd:YAG激光器的电光转换效率是它的一个突出缺点，现在这一情况已经部分得到改善，通过采用性能比较好的半导体激光二极管作为泵浦光源，可以提高Nd:YAG激光器的电光转换效率，使其达到较高的程度。
国外卫星激光通信进展概况
国外卫星激光通信进展概况随着高分相机、合成孔径雷达和大容量卫星通信等空间技术的发展，各种航天器的信息传输量呈指数级增长，目前卫星主要采用的以微波为主的通信手段已难满足相应需求，促使业界向激光通信方向发展。
空间激光通信是一种利用激光束作为载波在空间进行图像、语音、信号等信息传递的通信方式，具有传输速率快、通信容量大、抗干扰能力强、安全保密性高、系统终端体积小/质量轻/功耗低等优势，成为未来卫星通信链路的发展趋势之一，并引发各航天强国的研究热潮。
截至2018年8月，中国已经先后发射了5颗光学通信实验卫星，分别是海洋二号卫星（2011年8月16日发射）、墨子号量子科学实验卫星（2016年8月16日发射）、实践十三号卫星（2017年4月12日发射）和北斗三号全球系统M11和M12卫星（2018年8月25日发射）。
美国、欧洲、日本以及俄罗斯等均在卫星激光通信领域开展相关技术研究和在轨试验，逐步突破了卫星激光通信系统所涉及的各项关键技术，不断推动卫星激光通信迈向工程实用化。
本文总结梳理了全球已经完成的典型卫星激光通信在轨试验，如表1所示，重点介绍2017年至2018上半年国外卫星激光通信的最新进展。
1.美国加速发展空间激光通信技术美国是世界上开展空间激光通信最早的国家，主要研究部门是美国国家航空航天局（NASA）和美国空军，而随着商业航天的兴起，美国已有数家初创公司开始开展卫星激光通信业务。
NASA选择喷气推进实验室开展卫星激光通信系统的研制，于2000年完成了激光通信演示系统(OCD)试验。
美国空军的战略导弹防御组织选择麻省理工学院林肯实验室开展空间激光通信的研发工作，所研制的激光通信终端已完成作用距离42km、信息率1Gbps、误码率为10-6的全天候跟瞄试验。
美国已完成的卫星激光通信试验如表1所示，此外美国曾提出转型卫星通信系统（TSAT）计划，通过高速激光星间链路实现数据互联，传输速率可达20Gbps，并可实现卫星与飞机的激光通信链路，传输速率可达2Gbps。
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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。
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自由空间波长（m）
光通信的分类
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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蓝绿光通信
• 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。 • 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％。
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。
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。
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。
卫 星 光 通 信
卫星一 地面
空间域
卫星一 卫星
工作原理
卫星光通信系统
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
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。
The end
Thank you!
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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
光源子系统
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
前言
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
通信波段划分及相应传输媒介
频率 Hz
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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1012
1013
1014
1015
频段 划分 传 输 介 质
电力、电话
无线电、电视
微波
红外线
可见光
AM无线电 同轴电缆 双铰线
FM无线电
卫星/微波
光纤
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卫星激光通信的优点
大信道容量 低功耗 重量轻 高度的保密性
卫星激光通信的难点
卫星光链路的空间瞄准,捕捉和跟踪 存在背景光的影响 终端之间有相对运动 卫星之间的通信距离远
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。
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 。 • 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。