各国空间激光通信现状
国外卫星激光通信系统技术及新进展
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。
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SILE某和SOUT。
空间激光通信研究现状及发展趋势
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
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
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。
自由空间光通信技术的发展现状与未来趋势
自由空间光通信技术的发展现状与未来趋势自由空间光通信（Free-Space Optical Columniation，简称FSO）是一种通过激光在大气信道中实现点对点、点对多点或多点对多点间语音、数据、图像信息的双向通信技术，介绍了自由空间光通信的国内外研究现状，分析了应用现状和未来发展趋势。
标签：自由空间；光通信技术；现状；趋势1 自由空间光通信的研究现状1.1 基于光电探测器直接耦合的FSO系统早在30多年前，自由空间光通信曾掀起了研究的热潮，但当时的器件技术、系统技术和大气信道光传输特性本身的不稳定性等诸多客观因素却阻碍了它的进一步发展。
与此同时，随着光纤制作技术、半导体器件技术、光通信系统技术的不断完善和成熟，光纤通信在20世纪80年代掀起了热潮，自由空间光通信一度陷入低谷。
然而，随着骨干网的基本建成以及最后一公里问题的出现，以及近年来大功率半导体激光器技术、自适应变焦技术、光学天线的设计制作及安装校准技术的发展和成熟，自由空间光通信的研究重新得到重视。
在国外，FSO系统主要在美英等经济和技术发达的国家生产和使用。
到目前为止，FSO己被多家电信运营商应用于商业服务网络，比较典型的有Terabeam 和Airfiber公司。
在悉尼奥运会上，Terabeam公司成功地使用FSO设备进行图像传送，并在西雅图的四季饭店成功地实现了利用FSO设备向客户提供10OMb/s 的数据连接。
该公司还计划4年内在全美建设100个FSO城市网络。
而Airfiber 公司则在美国波士顿地区将FSO通信网与光纤网（SONET）通过光节点连接在一起，完成了该地区整个光网络的建设。
目前商用的FSO系统（见图1）通常采用光源直接输出、光电探测器直接耦合的方式，这种系统有以下几点缺点：（l）半导体激光器出射光束在水平方向和垂直方向的发散角不同，且出射光斑较粗，因此我们需要先将出射光束整形为圆高斯光束再准直扩束后发射，这样发射端的光学系统就较为复杂，体积也会相应增大。
空间激光通信
空间激光通信研究现状空间激光通信相对射频通信有着速率高、容量大等许多优点,从上世纪80年代起,各国就陆续开展了对空间激光通信的研究。
目前,各国激光通信的调制方式主要分为PPM、PSK与OOK三种,本文按照调制方式对各国的空间激光通信研究现状进行描述。
1,PPM欧洲的SILEX项目、OPTEL项目与美国的LLCD项目、LCRD项目、MLCD项目使用或部分使用PPM调制方式。
1、1,LLCD项目[1~3]LLCD就是美国NASA2013年开始实行的一个项目,该项目建了两个探测器,月球环境探测器LLST与地面站LLGT,LLST与LLGT的通信距离距离在35000~400000km之间。
如图1(1)所示,地面站LLGT重达7吨,有4个15cm发射镜头与4个40cm接收镜头组成。
LLGT的发射机使用的调制方式为4-PPM,每4个数据时隙后跟有12个或者28个静默时隙,发射激光器的波长就是1550nm,通过4个发射镜头实现4路时分复用,信号发射前经过一个10W光放大器放大,传输速率为10/20Mbps,这个速度就是目前地月RF通信的5000倍。
为降低误码率采用了turbo码作为信道编码,码率为1/2,实现了0误码。
4路接收镜头阵列有效提高了接收信号强度,接收机就是4个超导单光子计数探测器(工作在3K温度上),接收灵敏度极高,如图1(2)所示,能够提供高速光子计数测量[1]。
月球探测器LLST由光学模块、调制解调器、电子控制器三个模块组成[2],质量30kg。
光学模块由一个10cm镜头的镜头组成,完成发射与接收光信号的功能,光学模块安装在一个二轴平衡台上,台上有粗瞄准与捕获探测器,该模块能够测试飞船的振动并进行补偿,实现对地面站的瞄准与捕获,光学模块通过光纤耦合到调制解调模块上。
调制解调模块的主要功能就是调制与解调光信号,如图2所示,模块内置了311MHz低噪声时钟(经VCO可倍频至5GHz),解调模块前置了一个0、5W的放大器,对接收光信号进行放大,光信号进入后一部分经PLL使时钟频率同步,一部分进入解调器,解调器的时隙时钟由频率同步后的时钟提供(不需要额外的时隙同步),FPGA的主要作用就是上行链路帧同步,下行链路产生帧信号发送出去[3]。
空间光通信技术发展现状及未来趋势展望
空间光通信技术发展现状及未来趋势展望随着人类社会的进步和科技的发展，我们面临的未来将会越来越多元和复杂。
而一个完善的通信网络则是现代社会运行的核心，它连接着全球各地的信息，为人类的发展提供了无限的想象空间。
在这个发展的进程中，空间光通信技术的出现，则为人类提供了更为广阔的展望和可能性。
空间光通信技术是利用激光在太空中进行数据传输的技术。
这种技术利用了激光的特点：光速快、能量强、信号稳定，并且可以进行高速数据传输。
从而在空间通信中取代传统的天地互连和电波通信，成为新一代的核心通信形式。
与传统通信方式相比，空间光通信技术具有容量大、带宽宽、反干扰能力强等诸多优点。
近些年来，空间光通信技术发展势头迅猛，在多项关键技术突破、成熟技术应用等方面均取得了可喜的进展。
例如，2001年日本发射了全球第一颗空间光通信卫星“ETS-VII”，2006年中国的“实践七号”卫星成功实施了一次100兆比特的激光数据传输，实现了21个世纪同轨卫星之间的首次激光通信。
这些成功案例为空间光通信技术的开发和应用奠定了坚实的基础。
未来，空间光通信技术的发展将呈现出一系列的新趋势。
首先，基于激光光束在空间的特性，未来的空间光通信发射设备将更加小型化、轻量化、紧凑化、高效化，可以在更加复杂且多元的空间环境下实现高速数据传输。
这些设备可以既用于地球与同轨卫星之间的通信，又可用于卫星之间、地球与邻近星系等之间的通信。
其次，随着人类对太空资源更加深入的开发和利用，空间光通信技术将成为未来太空资源开发的重要基础，实现离散化资源的快速传输。
例如，在未来的月球资源开发过程中，可以使用空间光通信技术，将月球上的数据快速传输到地球上，实现实时控制和数据回传，一定程度上加快了人类太空开发的步伐。
最后，随着技术的不断提高和成熟，空间光通信技术有望实现人类与外星文明之间的通信。
作为人类科技发展的重要领域之一，探寻外星文明一直是人类探索的重要目标。
使用空间光通信可实现更广泛便捷的数据传输，从而让人们更轻松地探索、了解更多到外星文明。
2024年全球激光通信技术应用广泛
不同厂商在激光通信技术方面的研发实力和应用经验存在差异，导致市场竞争格 局较为复杂。
客户需求与应用领域
客户需求多样化
客户对激光通信技术的需求多样化，包括高速数据传输、远距离通信、低延迟等，需要厂商提供定制化的解决方 案。
应用领域广泛
激光通信技术在多个领域得到广泛应用，如航空航天、军事、海洋探测、医疗等，为这些领域的发展提供了重要 支持。同时，随着5G、物联网等新兴技术的普及，激光通信技术的应用领域将进一步拓展。
微型化光学元件
研发微型透镜、波导等光 学元件，缩小设备体积， 提高便携性。
模块化设计
采用模块化设计理念，便 于设备的快速组装、维修 和升级。
04
典型应用场景剖析
卫星间激光通信链路建设
高速数据传输
激光通信可实现卫星间 Gbps级别的高速数据传输 ，满足日益增长的数据传 输需求。
轻量化、小型化
激光通信设备具有体积小 、重量轻、功耗低等优点 ，适合在卫星等航天器上 搭载。
设备成本降低途径探讨
设备成本问题
当前激光通信设备成本较高，限制了其在更广泛领域的应用。
降低途径
通过技术创新、工艺改进、规模化生产等方式，降低激光通信设备的制造成本；同时，推动产业链上 下游企业合作，实现设备成本的整体降低。
标准化和互操作性推进情况
标准化问题
激光通信技术缺乏统一的标准和规范， 导致不同厂商之间的设备难以互通和兼 容。
主要特点与优势
主要特点
激光通信技术具有传输速率高、传输距离远、抗干扰能力强、保密性好等特点 。
优势
相比传统通信方式，激光通信技术具有更高的带宽和更低的误码率，能够满足 高速、大容量、远距离的通信需求。同时，激光通信技术还具有较好的方向性 和聚焦性，可以实现点对全球激光通信市场现状
空间激光通信研究现状及发展趋势
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。
空间光通信技术发展现状及趋势
空间光通信技术发展现状及趋势一、空间光通信技术发展现状空间光通信技术是指利用光波在空间中传输信息的一种通信技术。
目前，空间光通信技术已经逐渐成为了一种新兴的高速通信技术，其主要特点是传输速度快、带宽大、抗干扰能力强等。
空间光通信技术的发展现状主要表现在以下几个方面：1.技术成熟度提高。
随着光电子技术和微电子技术的不断发展，空间光通信技术的成熟度不断提高。
目前，已经有多个国家和地区开始研究和应用空间光通信技术。
2.应用领域不断拓展。
空间光通信技术在军事、航天、卫星通信、地球观测等领域得到了广泛应用。
同时，随着5G、物联网等新兴技术的发展，空间光通信技术也将在更多的领域得到应用。
3.技术性能不断提高。
空间光通信技术的传输速度、带宽、抗干扰能力等性能不断提高，已经可以满足更多的应用需求。
二、空间光通信技术发展趋势1.高速传输。
未来空间光通信技术将会更加注重高速传输，以满足更多的应用需求。
2.多波长技术。
多波长技术可以提高空间光通信技术的带宽和传输速度，未来将会得到更广泛的应用。
3.自适应光学技术。
自适应光学技术可以提高空间光通信技术的抗干扰能力和传输距离，未来将会得到更广泛的应用。
4.量子通信。
量子通信可以提高空间光通信技术的安全性和保密性，未来将会得到更广泛的应用。
5.智能化应用。
未来空间光通信技术将会更加注重智能化应用，以满足更多的应用需求。
总之，空间光通信技术是一种新兴的高速通信技术，其发展前景广阔。
未来，随着技术的不断发展和应用领域的不断拓展，空间光通信技术将会得到更广泛的应用。
各国空间激光通信现状
1，国外（1）星地：LUCE （前身是第一个星地激光通信终端9£,1995,速度1.04Mbps ）:2006年日本，OICETS卫星与NICT地面站，波长发射847接收819调制方式OOK速率接收2.048Mbps 发射50Mbps，误码率10八-7.SLS ： 2012 ；俄罗斯航天部门；国际空间站和北高加索地面站；125Mbps ；LLCD ：2013 ；美国NASA ；月球环境探测器和地面站；距离35000〜400000km ；地面站：功率40W，波长1550nm，速率10/20Mbps，调制方式4-PPM，1/2码率（turbo码信道编码），4路时分复用，可做到0误码；月球探测器：功率0.5W，波长1550nm，速率40-622Mbps，调制方式 16-ppm，1/2 码率，40/80/155/311Mbps 可做到 0 误码，622Mbps 误码率小于10八-5。
可做到cm级别测距精度。
OPALS ： 2014 ；美国NASA ；国际空间站与怀特伍地面站；距离700km，调制方式OOK，速率30~ 50Mbps，空间站波长1550nm、功率2.5W，地面站波长976nm，功率 5W;（2）星空：LOLA ： 2006 ；法国；Artemis 卫星与某飞机；距离 40000km ； IM/DD，波长 848nm，功率 104mW ； forward link :调制方式 BPPM（二进制 PPM），速率 2Mbps，downloadlink ：调制方式OOK，速率50Mbps，飞机高度9km（3 ）星间SILEX : 2001法国，GEO和LEO卫星，4000km，波长797〜853，调制方式ppm , 速率50Mbps，误码率10八-6 ,OPTEL :瑞士，短距离到长距离多个卫星终端2000〜80000km，速率1.5〜2.5Gbps , 其中高性能通信终端OPTEL-25，调制方式BPSK，信号光波长1064nm功率1.25W，信标光波长808nLUCE ：2005日本欧洲，GEO和LEO，距离48000km，波长发射波长847nm接收819nm，调制方式位非归零码直接强度调制（OOK）,速率接收2.048Mbps发射50Mbps，误码率达10八-7。
国外空间激光通信技术的发展现状与趋势
国外空间激光通信技术的发展现状与趋势远望智库：与智者同行，为创新加速专家库 | 人才库 | 企业库 | 项目库 | 投资机构库 | 招商信息库国外空间激光通信技术的发展现状与趋势远望智库技术预警中心：不会游泳的鱼摘要：为了满足日益增长的大数据量、高速数据传输速率的需求，NASA、ESA、JAXA等航天机构正在开启空间激光通信技术的时代。
各国纷纷在GEO-LEO，LEO-LEO，LEO-地面，以及地-月等不同轨道验证了激光通信终端的在轨性能。
本文介绍了国外开展的激光通信技术演示验证试验情况，分析了激光通信技术未来发展趋势。
期望通过该技术的研究，对我国激光通信技术的发展提供参考借鉴。
1 引言随着空间技术的不断发展，空间激光通信在全球通信中作用日渐明显。
空间激光通信，是利用激光单色性好、方向性强及功率密度大等良好的光束特性，实现以激光光波为载体在空间（包括近地的大气空间、临近空间、LEO/GEO、星际空间、深空等）信道之间进行信息交换的通信方式。
近年来，随着科学任务高速数据下行的需求越来越大，射频通信已难以满足高速数据的通信需求。
激光通信系具有传输速率更高、抗干扰性更强、体积更小等特点，在全球通信中的作用日趋明显。
本文主要探讨激光通信的技术特点，分析了各国激光通信技术的发展现状与战略规划，重点研究了国外主要的几项演示验证试验情况。
通过本文对国外激光通信技术的研究，期望对我国在该领域的技术发展起到一定的启示和借鉴作用。
2 激光通信的技术优势空间激光通信是利用激光波长短、亮度高、高准直特性实现飞行器之间高速数据交换的一种新方法，是有别于当前广泛采用的星间射频通信的一种新手段，它具有以下四个方面的优点：数据传输率高，通信容量大。
星间光通信其载波频率在1013-1015GHz比微波通信高出几个数量级，单通道就可提供高达10Gbps 量级以上的数据传输率，远大于目前微波通信几百Mbps的数据传输率。
通过波分复用可以达到数百Gbps以上。
激光通信的基本原理和国内外发展状况
摘要本文概述了激光通信的基本原理和国内外发展状况，介绍了其特点和用途。
通过对大气信道通信特点的分析，激光波长选择分析，编码方式分析，结合实际设计出一个基于无线激光通信的语音传输装置。
大气信道分析主要围绕大气信道的衰减、散射、湍流影响展开；波长分析则与目前较为成熟的红外光通信相比较，展示出红色激光用于通信的可行性和优越性；编码方式分析则比较了几种常用的激光通信编码，本文选择了较简单且高效的PPM调制来实现通信编码。
另外，对PPM编码的实现方法讨论则有较新颖的地方。
关键词：激光通信大气信道 PPMABSTRACTThis article outlines the basic principles of laser communication and its development,describes its characteristics and uses. Through the atmosphere channel on the characteristics of communication analysis, the laser wavelength selection analysis, coding analysis, combined with the actual design of a laser based wireless communications equipment for voice transmission.The analysis of atmosphere channel mainly describes the decay, scattering, turbulence influence of, Wavelength analysis is to show the superiority and feasibility of red laser compared with the mature IR communication, coding analysis makes a comparison of several commonly used laser communication code and choose PPM modulation to achieve the communication code for its simplicity and efficiency.In addition,the discussion of the implementation of PPM encoding has new areas.Key words：laser communications atmospheric channel PPM目录摘要 (1)ABSTRACT (1)第一章绪论 (1)1.1 激光通信的概述 (1)1.2 激光通信技术的发展 (1)1.3 激光通信的国内外发展现状 (2)1.3.1 国外发展现状 (2)1.3.2 国内发展现状 (2)1.4 激光通信技术用于语音传输的目的和意义 (3)第二章大气信道分析 (3)3.1 大气吸收 (3)3.2 大气散射 (4)3.3 大气衰减 (4)3.4 背景光 (5)3.5 大气湍流效应 (5)第四章波长选取分析 (7)4.1 红光与红外 (7)4.2 红光实验 (9)第五章硬件系统设计 (12)5.1 系统总体框图 (12)5.2 发射端设计 (12)5.2.1 激光器的选择 (12)5.2.2 半导体激光器调制方式和发射天线选择 (14)5.3 调制方式 (15)5.3.1 调制方式介绍 (15)5.3.2 PPM (16)5.3.3 我的DPPM实现方法 (17)5.4 接受端设计 (18)5.4.1 光接受端 (18)5.4.2 接收端的噪声分析 (18)5.4.3 光探测器的选择 (20)第六章软件设计 (22)6.1 ATMEGA16应用到的主要特性 (23)6.2 ADC转换 (24)6.3 连续转换的实现 (25)参考文献 (28)致谢 (29)第一章绪论1.1 激光通信的概述1960年激光的出现极大地促进了许多学科的发展，其中也包括通信领域。
空间激光通信研究现状及发展趋势
空间激光通信研究现状及发展趋势作者：任伟来源：《中国新通信》 2017年第24期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。
其优势主要体现在 :(1) 光波频率高。
其频率比微波频率高 3 ～ 4 个数量级，作为通信的载波有更宽的利用频带，可实现海量数据实时传输，对于地球科学研究、环境灾害监测、军事信息获取等应用意义重大。
(2) 光波波长短。
与微波相比其发射天线口径成倍减小，同时激光发散角小，能量高度集中，功率相对较低，使得通信终端在体积、重量和功耗方面都具有明显优势。
该特点使得光通信终端易于搭载多种平台，实用化程度高。
(3) 激光方向性好。
它的发射光束极窄，使得激光通信具有高指向性，而且能够有效地提高防窃听能力，使得对地观测数据传输具有极高的保密性。
(4) 光波波段远离电磁波谱。
空间激光通信抗干扰能力比空间微波通信强得多，在机场、战区等特殊环境下，仍能保证对地观测数据的顺畅传输。
(5) 空间激光通信经过大气时，通过选择适宜的波长、采用多点布站、自动浮动阈值、自适应光学等措施可以有效减少气候及天气的影响。
因此，先进的空间激光通信将对信息时代，特别是数据海量传输技术的发展起到极大的促进和支撑作用。
一、空间激光通信的基本内容1.1 空间激光通信基本过程空间激光通信设计依赖于通信距离和误码率和传输距离，在空间激光通信设备、空间激光设备的初始位置上的通信设备（被动）在初始位置的空间，首先通过发射的信标光主动星信息搜索被动星，一旦信标光信号进入粗跟踪领域，被发现在粗跟踪探测器信标光，在总结主动星开始寻找无源星信标光的过程中，当信标光进入粗跟踪领域，在标准的位置位置（探测器的中心），根据一定的计算方式来计算偏移量的光，然后使用偏移量，由粗跟踪执行器在接收端调整视觉轴，这个过程被称为“粗跟踪”；其次是被动主动发射光束作为反馈信号，主动星接收反馈信号后，扫描过程立即停止，通过主动侧的粗跟踪执行机构调整自己的轴，反馈信号灯进入中心的检测器本身，然后打开他们的信号灯，被动的跟踪单元，使信号光是在该中心的精细跟踪检测，当然主动的恒星会自动调整自己的高，高精密光轴对准，这个过程称为“轨道”。
卫星激光通信现状与发展趋势
卫星激光通信现状与发展趋势随着科技的不断进步，卫星通信技术在现代社会中发挥着越来越重要的作用。
而卫星激光通信作为一种具有高速度、高带宽、高精度和高安全性的通信方式，正在逐渐成为卫星通信领域的热点。
本文将介绍卫星激光通信的现状和发展趋势。
卫星激光通信技术在过去的几十年中已经取得了显著的进展。
目前，低轨卫星间的激光通信已经成为了现实，而激光在太空中传输的稳定性也得到了很好的解决。
这主要得益于先进的信号处理技术和精密的光学系统设计。
卫星激光通信系统的终端设备也得到了不断的优化和改进，降低了设备的体积、重量和能耗。
卫星激光通信在军事、民用等领域都有广泛的应用。
在军事方面，卫星激光通信可以实现高速、保密、抗干扰的通信，提高作战指挥的效率和反应速度。
在民用方面，卫星激光通信可以用于宽带互联网接入、视频传输、远程医疗等领域，提高信息传输的速度和质量。
随着人们对通信需求的不断增加，卫星激光通信正在朝着高速和大规模通信的方向发展。
未来的卫星激光通信系统将能够提供更高的数据传输速率和更大的通信带宽，以满足不断增长的通信需求。
大规模通信还将有助于实现全球覆盖的卫星互联网服务。
为了使卫星激光通信更好地满足实际应用的需求，未来的卫星激光通信系统将更加注重设备的集成化和微型化设计。
这将使得终端设备具有更小的体积、更轻的重量和更低的能耗，从而方便其在各类卫星平台上的部署和应用。
同时，集成化和微型化还将有助于提高设备的可靠性和稳定性。
为了进一步提高卫星激光通信的性能和可靠性，未来将更加注重高级调制和编码技术的应用。
例如，采用先进的调制格式和前向纠错编码技术可以提高信号的传输质量和距离，从而使得卫星激光通信系统在更广阔的空间范围内得到应用。
为了更好地发挥卫星激光通信的优势，未来的研究将致力于优化空间网络架构。
通过合理的网络布局和资源配置，可以提高卫星激光通信系统的覆盖范围和服务质量，以满足更多领域的需求。
空间网络架构优化还将有助于降低系统的建造成本和维护成本。
激光通信技术发展趋势分析
激光通信技术发展趋势分析1. 引言随着信息时代的到来，人们对于传输速度和可靠性的需求越来越高。
激光通信技术作为一种高效、快速、可靠的通信方式，正逐渐成为人们关注的热点。
本文旨在对激光通信技术的发展趋势进行分析，探讨其在未来的发展前景。
2. 激光通信技术发展现状目前，激光通信技术已经被广泛应用于许多领域，如光纤通信、卫星通信、空间通信等。
其速度快、带宽大、抗干扰能力强等特点使其成为当前最为理想的通信方式之一。
在光纤通信领域，激光通信技术已经取代了传统的电信号传输方式，成为主流。
3. 激光通信技术的发展趋势3.1 高速传输随着云计算、大数据等技术的发展，人们对通信速度的需求越来越高。
未来的激光通信技术将会朝着更高的传输速度发展，以满足大数据时代的传输需求。
目前，激光通信所能达到的速度已经达到了Tbps级别，而随着技术的进步，这一速度还将有望进一步提升。
3.2 高可靠性激光通信技术具有较高的可靠性，不易受到电磁干扰的影响。
未来的激光通信技术将会进一步提高其抗干扰能力，以应对复杂多变的通信环境。
同时，该技术还将完善其容错机制，以保证通信的稳定性。
3.3 省能环保与传统的通信方式相比，激光通信技术能够节省能源，并减少对环境的污染。
未来的激光通信设备将会越来越小型化，能耗也将会进一步降低，以适应资源有限的环境。
3.4 应用拓展随着技术的不断进步，激光通信技术将有望应用于更多领域。
例如，在无线通信领域，激光通信技术可以实现更远距离的通信，解决传统无线通信带宽受限的问题。
此外，激光通信技术还可以应用于航天、遥感等领域，提供更快速、稳定、精确的通信服务。
4. 结论激光通信技术作为一种高效、快速、可靠的通信方式，具有广阔的应用前景。
在未来，随着技术的不断创新和突破，激光通信技术将会朝着更高速、更可靠、更节能环保的方向发展。
我们有理由相信，激光通信技术将会在各个领域发挥更大的作用，推动人类社会的发展。
空间激光通信研究现状及发展趋势
空间激光通信研究现状及发展趋势一、本文概述随着信息技术的飞速发展，通信技术的更新换代不断加速，其中，空间激光通信技术以其高速度、高带宽、高安全性和抗电磁干扰等独特优势，正逐渐成为未来通信领域的研究热点。
本文旨在全面梳理和分析当前空间激光通信的研究现状，同时展望其未来的发展趋势，以期为我国在这一领域的研究和应用提供参考。
文章首先将对空间激光通信的基本概念、技术特点及其与传统通信方式的比较进行简要介绍，然后重点论述国内外空间激光通信的研究进展、关键技术突破及应用场景，最后探讨空间激光通信面临的技术挑战、发展瓶颈以及未来可能的研究方向和应用前景。
通过本文的阐述，希望能够为读者提供一个清晰、全面的空间激光通信领域的知识体系和发展脉络。
二、空间激光通信研究现状空间激光通信作为现代通信技术的重要分支，近年来得到了广泛的关注与研究。
其以高速率、高保密性、抗电磁干扰等独特优势，在航天、深空探测、卫星通信等领域展现出了巨大的应用潜力。
在技术研究方面，空间激光通信技术涵盖了激光发射与接收、光束控制、信号处理等多个关键技术。
目前，各国科研机构和企业纷纷投入大量资源，致力于提高激光通信系统的稳定性和传输效率。
激光发射器的研究重点在于提高光束质量和功率稳定性，而接收器则侧重于提高探测灵敏度和抗干扰能力。
在空间应用方面，空间激光通信已逐步从实验室走向实际应用。
例如，国际空间站与地面站之间的激光通信链路已经建成并投入使用，实现了高速数据传输。
激光通信技术在卫星间的数据中继、深空探测器的数据传输等方面也取得了显著进展。
然而，空间激光通信技术的发展仍面临诸多挑战。
大气衰减、湍流干扰、空间环境适应性等问题仍需要深入研究。
激光通信系统的成本、体积和重量也是制约其广泛应用的重要因素。
总体而言，空间激光通信技术在不断取得突破的仍需要解决一系列关键技术问题。
未来，随着材料科学、光学技术、信号处理技术的不断进步，相信空间激光通信将迎来更加广阔的发展前景。
激光通信技术的前景
激光通信技术的前景引言随着信息技术的不断发展，传统的通信方式已经难以满足现代社会对高速、大容量和高保密性通信的需求。
激光通信技术作为一种新兴的通信手段，以其独特的优势在众多领域展现出广阔的应用前景。
本文将探讨激光通信技术的特点、发展现状及其未来趋势。
激光通信技术的特点高速率传输激光通信利用光波作为信息载体，其频率远高于无线电波，因此能够实现极高的数据传输速率。
目前，实验室中的激光通信速度已经可以达到数Gbps甚至更高，远远超出传统无线电通信的能力。
大容量通信由于光波的频率范围极宽，激光通信可以实现多路复用，从而大幅度提高通信容量。
这使得激光通信在需要大量数据传输的场合具有显著优势。
高保密性激光束的发散角很小，且方向性强，难以被截获和干扰，因此具有很高的保密性。
这对于军事通信和敏感信息的传输尤为重要。
抗干扰能力强激光通信工作在光频段，与现有的无线电频段不重叠，因此不受电磁干扰的影响。
这在复杂电磁环境下尤为重要。
激光通信技术的发展现状空间激光通信空间激光通信技术已经在卫星间通信、深空探测等领域得到应用。
例如，美国国家航空航天局（NASA）的月球激光通信演示项目成功实现了地球与月球之间的双向激光通信。
地面激光通信地面激光通信技术主要用于城市光纤网络的扩展和无线接入网的建设。
通过在建筑物之间建立激光链路，可以有效缓解城市光纤资源的紧张状况。
海洋激光通信海洋激光通信技术主要用于海底光缆的备份和应急通信。
由于海水对光波的吸收和散射作用较小，激光通信在海洋环境中具有较好的传输性能。
激光通信技术的未来趋势小型化和集成化随着半导体技术和微电子技术的发展，激光通信设备将越来越小型化和集成化，从而降低成本并提高可靠性。
这将有助于激光通信技术的广泛应用。
智能化和自适应未来的激光通信系统将具备更高的智能化水平，能够根据环境变化自动调整工作参数以优化通信性能。
此外，自适应光学技术的应用也将进一步提高激光通信的稳定性和可靠性。
空间激光通信
空间激光通信研究现状空间激光通信相对射频通信有着速率高、容量大等许多优点，从上世纪80年代起，各国就陆续开展了对空间激光通信的研究。
目前，各国激光通信的调制方式主要分为PPM、PSK 和OOK三种，本文按照调制方式对各国的空间激光通信研究现状进行描述。
1，PPM欧洲的SILEX项目、OPTEL项目和美国的LLCD项目、LCRD项目、MLCD项目使用或部分使用PPM调制方式。
，LLCD项目[1~3]LLCD是美国NASA2013年开始实行的一个项目，该项目建了两个探测器，月球环境探测器LLST和地面站LLGT，LLST和LLGT的通信距离距离在35000~400000km之间。
如图1（1）所示，地面站LLGT重达7吨，有4个15cm发射镜头和4个40cm接收镜头组成。
LLGT的发射机使用的调制方式为4-PPM，每4个数据时隙后跟有12个或者28个静默时隙，发射激光器的波长是1550nm，通过4个发射镜头实现4路时分复用，信号发射前经过一个10W光放大器放大，传输速率为10/20Mbps，这个速度是目前地月RF通信的5000倍。
为降低误码率采用了turbo码作为信道编码，码率为1/2，实现了0误码。
4路接收镜头阵列有效提高了接收信号强度，接收机是4个超导单光子计数探测器（工作在3K温度上），接收灵敏度极高，如图1（2）所示，能够提供高速光子计数测量[1]。
月球探测器LLST由光学模块、调制解调器、电子控制器三个模块组成[2]，质量30kg。
光学模块由一个10cm镜头的镜头组成，完成发射和接收光信号的功能，光学模块安装在一个二轴平衡台上，台上有粗瞄准和捕获探测器，该模块能够测试飞船的振动并进行补偿，实现对地面站的瞄准和捕获，光学模块通过光纤耦合到调制解调模块上。
调制解调模块的主要功能是调制和解调光信号，如图2所示，模块内置了311MHz低噪声时钟（经VCO可倍频至5GHz），解调模块前置了一个的放大器，对接收光信号进行放大，光信号进入后一部分经PLL使时钟频率同步，一部分进入解调器，解调器的时隙时钟由频率同步后的时钟提供（不需要额外的时隙同步），FPGA的主要作用是上行链路帧同步，下行链路产生帧信号发送出去[3]。
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1，国外
（1）星地：
LUCE（前身是第一个星地激光通信终端LCE,1995,速度1.04Mbps ）:2006年日本，OICETS卫星与NICT地面站,波长发射847接收819，调制方式OOK，速率接收2.048Mbps 发射50Mbps，误码率10^-7.
SLS：2012；俄罗斯航天部门；国际空间站和北高加索地面站；125Mbps；
LLCD：2013；美国NASA；月球环境探测器和地面站；距离35000~400000km；地面站：功率40W，波长1550nm，速率10/20Mbps，调制方式4-PPM，1/2码率（turbo码信道编码），4路时分复用，可做到0误码；月球探测器：功率0.5W，波长1550nm，速率40-622Mbps，调制方式16-ppm，1/2码率，40/80/155/311Mbps可做到0误码，622Mbps 误码率小于10^-5。
可做到cm级别测距精度。
OPALS：2014；美国NASA；国际空间站与怀特伍地面站；距离700km，调制方式OOK，速率30~ 50Mbps，空间站波长1550nm、功率2.5W，地面站波长976nm，功率5W;
（2）星空：
LOLA：2006 ；法国；Artemis卫星与某飞机；距离40000km；IM/DD，波长848nm，功率104mW；forward link：调制方式BPPM(二进制PPM)，速率2Mbps，downloadlink：调制方式OOK，速率50Mbps，飞机高度9km
（3）星间
SILEX：2001法国，GEO和LEO卫星，4000km，波长797~853，调制方式ppm，速率50Mbps，误码率10^-6，
OPTEL：瑞士，短距离到长距离多个卫星终端2000~80000km，速率1.5~2.5Gbps，其中高性能通信终端OPTEL-25，调制方式BPSK，信号光波长1064nm功率1.25W，信标光波长808n
LUCE：2005日本欧洲，GEO和LEO，距离48000km，波长发射波长847nm接收819nm，调制方式位非归零码直接强度调制（OOK），速率接收2.048Mbps发射50Mbps，误码率达10^-7。
2013日本JAXA建立高级激光通信终端LUCE，速率1.2/2.5Gbps，计划下一步10Gbps
LCTSX：2008；德美；TerraSAR-X卫星与NFIRE卫星；二相相移键控/零差相干解调，调制方式BPSK，波长1064nm，距离1000~5100km，速率5.625Gbps，总功率120W（光传输功率0.7W），误码率小于10^-9。
EDRS：2014；欧洲；Sentinel1-Alphasat；距离45000km，调制方式BPSK，速率1.8Gbps，误码率10^-8，功率2.2W
TSAT：卫星组网，2016美国，速率10~40Gbps
（4）空空：
Falcon：2011；美国ITT公司；某飞机与某飞机；距离94~132km，波长1550nm速率2.5Gbps，误码率10^-6;
（5）地地：
某项目：2005；德国DLR航空部门；La Palma岛屿和Tene-rife岛屿；二相相移键控调制，BPSK，距离142km；速率5.6Gbps；
巴黎两个大楼：2009；距离212m，1.28Tbps(32路波分复用X40Gbps)
（6）空地：
OCD：2005美国喷气推进实验室，高空飞机飞行高度10~23km，调制方式OOK，2.5Gpbs，1550nm，功率200mW；
某项目：2006；美国约翰普金斯大学应用物理实验室；飞艇与地面车载终端；通信距离1.4km；80Gbps，波分复用（WDM）；
TwinOtter：美国MIT；距离25km，波长1550nm，速率2.66Gbps
ARGOS：2008；德国DLR航空部门；DLR飞机与地面站；距离10~85km，速率150Mbps；2013年实现距离大于50km，飞行速度0.7Ma，速率1.25Gbps，功率1W，波长1550nm，天线直径30mm。
2，国内
（1）地地：
地面-地面：2010武汉大学，40km，7.5Gbps（3路波分复用）
2014中电34所，5km，2.5Gbps
船-地：2007长春理工大学，20.4km，300Mbps。
（2）星地：
2011哈尔滨工业大学，2000km，504Mbps
（3）水下
船-水下：2010上海光机所，125m，10Kbps
（4）空地
飞艇-船：2011长春理工大学，20.8km，1.5Gbps
（5）空空
2011长春理工大学，17.5km，1.5Gbps
2013 长春理工大学，144km，2.5Gbps
计划：
2014年日本计划2019年发射激光通信中继卫星，目标1.8Gbps
2013美国NASA提出LCRD激光通信卫星中继（LLCD和OPALS后续任务），实行中，调制方式为差分相移键控（DPSK），速率1.25Gbps（编码）/2.88Gbps(未编码)，有望支持10Gbps。
调制解调器也支持PPM（622Mbps），目的是验证PPM适合深空通信和功率受限的小型星地通信，DPSK适合近地高速通信。
2009美国NASA提出MLCD（火星激光通信演示验证），实现1~100Mbps深空高数据远程通信，速率定为100Kbps，调制方式为PPM，卫星上用直径30.5cm天线，CCD成像接收，发射用MOPA结构（主振荡器功率放大器结构）。
地面采用直径1m光学天线，4路复用，或者6路直径30cm天线，波长1060nm
2013美国激光通信公司计划组建高速激光通信网络，包括8颗卫星、48个地面站，总数据流量6Tbps，总下行速率200Gbps。
2014年美国通用原子公司展示ALCOS项目，与GEO卫星通信，2017进行测试验证。
各行星相对GEO功率衰减图。