卫星光通信技术发展及其影响因素分析
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中国西部科技
２ ０ １ ４ 年 ２月第 １ ３ 卷第 ０ ２ 期 总第 ２ ９ ５ 期
２ ７
卫星光 通信技术 发展及其影 响因素 分析
曹馨蕾
摘
林澄清
黄 东海
杨
斌。
宋
莉
（ １ ．６ ８ ０ ２ ６ 部 队，甘肃 兰州 ７ ３ ０ ０ ５ ８ ；２ ．９ ４ ８ １ ６ 部 队，福 建 福 州 ３ ５ ０ ０ ０ １ ；３ ． 边防 学院 ，陕西 西安 ７ １ ０ １ ０ ８ ）
降。克服光束 闪烁 、扩 散、弯 曲的方法是增加接收天线面积 和在发射与接收两端分别使用 自适应光学技术。 ３ ． ２温度的影响
拟 的优点 ， 其 中最主要 的优 点是 激光星间链路具有远高于微 波 星间链路 的极高 的潜在通信 数据 率 ， 而且激光星 间链路终
端在 体积、重量和功耗方 面都具有优势。尽管激光星地链路 受大气及降雨影 响比微波 大， 但 通过选择适宜 的波长和采用 多点布站的方式设置地面 站可 以减小这些影响 。 卫星光通信 具有重要的应用前景 。
大 ，通信 、对地观测 、科学实验等均要求有高速 的数据 传输 率 ，保证信 息的快速和实时传输 ，这就导致 了卫星通信所采
用频段 的不断提高 。 卫星通信频段扩展过 程与地面通信频段 的扩展过 程极为相似 。随着卫星通信 数据率的不断提高 ，卫
减 以及光束 闪烁 、扩散 、弯 曲。大气 衰减 是指 因大 气对光束
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 。
国内开 展了激光星间链路技术 的研 究。哈尔滨 工业大学
要 ：本文论 述 了卫星光通信技 术 目前的发展 状况 、研究意义 、技术应用 背景和发展趋势 ，为我 国卫 星光通信技 术的发展
提供 了一定的借 鉴 ；同时 ，阐述 了空 间环境对卫星光信 息传输 的影响 问题 ，并分析 了空间环境 对卫星光通信 器件 和终端性能 的影 响 因素 ，论 述 了其研 究的必要性 。 关键词 ：卫星光通信 ；空间环境 ；光通信终端
光通信系统的终端处在平 台的不 同位置 ， 设备之间总存
２ 卫星光通 信技术 已成为卫星技术 中的研究热点 在温度梯度 。而设备又是用多种材料制成 的，不 同材料有不 同的膨胀系数，温度梯度势必造成机械结构变形 ，从而影响 之一
对于卫星通信 网，实时通信必须建立星 间链路 。建 立星
系统的安装和指 向精度 。克服 的方法有两种 ：一是选用膨胀
飞行平 台的相对运动将造成光束指 向的不确 定性 。克服
此影响 的方法是用星历表和实 时的轨道预报 ，以设置超前瞄 准参数 。
气 窗口之 内；二是提高激光器的输 出功率 ；三是提高接 收机 的灵敏度 。光束 闪烁 、扩散 、弯 曲是 由传 播过程中大气湍流 和 大气 折射引起的波前失真造成的 。 大气湍流会造 成传 输的 误码 率增加，散射则是 由悬浮粒子 引起 的米 氏散射 、瑞利散 射造 成的，光束扩散、弯 曲的影响会造成接收到的光功率下
对卫星光信息传输系统进行 了全面 的理论分析和实验研 究，
对单元技术和关键技术开展 了全面研 究， 并正在进行进一步 的实验室模拟实验 ，已完成两套光信 息传输模拟 实验终端 ， 目前 己进入工程化研 究阶段 。
３ 影响空间光通信系统性能的因素以及对策
３ ． １大气 的影响 大气对 空间光通信 的影 响主要表现为两个方面： 大 气衰
进 入 空 间试 验 阶 段 ＿ ｊ Ｊ 。
３ ． ４恶劣天气的干扰 雾 、雨 、雪 、雹等气 象条件都 会对 光的传播造成 衰减 。
克服 的方法 同大气衰减项 。 ３ ． ５飞行平 台的相对运动
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
卫星光通信 的频段为 ３ ０ ０ Ｔ Ｈ ｚ ，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 大降低了 发射成本 ，同时具有很强的抗干扰和保密性 ，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 、日本 等 已
的吸收和散射而 引起 的信 号能量减 弱，吸收是 由水蒸气、二 氧化碳 、臭氧分子 等对 光有吸收作用造 成的。克服 大气 衰减 的方法有三种 ：一是选 择工作波长，使其 处于透过 率高的大
星通 信 的频段 也会不 断提高 ，最 后将 与地面通 信 网发 展一
样 ，采 用光频波段作为高速卫星通信 的频段 Ｌ ｌ Ｊ 。 另一方面，近代卫星星座技 术的发展，也迫切需要建立 星 间链 路 。 而采用激光星 间链路 具有 微波星间链路所无法 比
系数小 的材料 ，二是采用主动温控措施 。 ３ ． ３背景光的干扰 太 阳光 、月光 、星光及地面 的反射光 ，都可能对通信链 路 的建立和正常 的通信产生干扰 。 克服背 景光干扰 的方法是 采用窄带滤光器和缩小接 收视场 。
间链路所采用 的波段 可有 两种选择 ：微波波段和 光波 波段 。
Ｄ ０ Ｉ ：１ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ６ ７ １ — ６ ３ ９ ６ ． ２ ０ １ ４ ． ０ ２ ． ０ １ ２
பைடு நூலகம்
１ 引言
现代 社会对 信 息不断 增长 的需求促 使现 代通信 技术不
断 向宽带高速方 向发展，从而导致 了所采用 的通信 频段 不断 向高频发展 ，最终 发展到光波频段 。卫星通信在军事和 民用 中都具有相 当重 要的地位 。 然而随着卫星技术 的发 展以及现 代社 会对 信息 的需求 ，需要通 过卫 星传输 的信 息量越 来越
２ ０ １ ４ 年 ２月第 １ ３ 卷第 ０ ２ 期 总第 ２ ９ ５ 期
２ ７
卫星光 通信技术 发展及其影 响因素 分析
曹馨蕾
摘
林澄清
黄 东海
杨
斌。
宋
莉
（ １ ．６ ８ ０ ２ ６ 部 队，甘肃 兰州 ７ ３ ０ ０ ５ ８ ；２ ．９ ４ ８ １ ６ 部 队，福 建 福 州 ３ ５ ０ ０ ０ １ ；３ ． 边防 学院 ，陕西 西安 ７ １ ０ １ ０ ８ ）
降。克服光束 闪烁 、扩 散、弯 曲的方法是增加接收天线面积 和在发射与接收两端分别使用 自适应光学技术。 ３ ． ２温度的影响
拟 的优点 ， 其 中最主要 的优 点是 激光星间链路具有远高于微 波 星间链路 的极高 的潜在通信 数据 率 ， 而且激光星 间链路终
端在 体积、重量和功耗方 面都具有优势。尽管激光星地链路 受大气及降雨影 响比微波 大， 但 通过选择适宜 的波长和采用 多点布站的方式设置地面 站可 以减小这些影响 。 卫星光通信 具有重要的应用前景 。
大 ，通信 、对地观测 、科学实验等均要求有高速 的数据 传输 率 ，保证信 息的快速和实时传输 ，这就导致 了卫星通信所采
用频段 的不断提高 。 卫星通信频段扩展过 程与地面通信频段 的扩展过 程极为相似 。随着卫星通信 数据率的不断提高 ，卫
减 以及光束 闪烁 、扩散 、弯 曲。大气 衰减 是指 因大 气对光束
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 。
国内开 展了激光星间链路技术 的研 究。哈尔滨 工业大学
要 ：本文论 述 了卫星光通信技 术 目前的发展 状况 、研究意义 、技术应用 背景和发展趋势 ，为我 国卫 星光通信技 术的发展
提供 了一定的借 鉴 ；同时 ，阐述 了空 间环境对卫星光信 息传输 的影响 问题 ，并分析 了空间环境 对卫星光通信 器件 和终端性能 的影 响 因素 ，论 述 了其研 究的必要性 。 关键词 ：卫星光通信 ；空间环境 ；光通信终端
光通信系统的终端处在平 台的不 同位置 ， 设备之间总存
２ 卫星光通 信技术 已成为卫星技术 中的研究热点 在温度梯度 。而设备又是用多种材料制成 的，不 同材料有不 同的膨胀系数，温度梯度势必造成机械结构变形 ，从而影响 之一
对于卫星通信 网，实时通信必须建立星 间链路 。建 立星
系统的安装和指 向精度 。克服 的方法有两种 ：一是选用膨胀
飞行平 台的相对运动将造成光束指 向的不确 定性 。克服
此影响 的方法是用星历表和实 时的轨道预报 ，以设置超前瞄 准参数 。
气 窗口之 内；二是提高激光器的输 出功率 ；三是提高接 收机 的灵敏度 。光束 闪烁 、扩散 、弯 曲是 由传 播过程中大气湍流 和 大气 折射引起的波前失真造成的 。 大气湍流会造 成传 输的 误码 率增加，散射则是 由悬浮粒子 引起 的米 氏散射 、瑞利散 射造 成的，光束扩散、弯 曲的影响会造成接收到的光功率下
对卫星光信息传输系统进行 了全面 的理论分析和实验研 究，
对单元技术和关键技术开展 了全面研 究， 并正在进行进一步 的实验室模拟实验 ，已完成两套光信 息传输模拟 实验终端 ， 目前 己进入工程化研 究阶段 。
３ 影响空间光通信系统性能的因素以及对策
３ ． １大气 的影响 大气对 空间光通信 的影 响主要表现为两个方面： 大 气衰
进 入 空 间试 验 阶 段 ＿ ｊ Ｊ 。
３ ． ４恶劣天气的干扰 雾 、雨 、雪 、雹等气 象条件都 会对 光的传播造成 衰减 。
克服 的方法 同大气衰减项 。 ３ ． ５飞行平 台的相对运动
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
卫星光通信 的频段为 ３ ０ ０ Ｔ Ｈ ｚ ，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 大降低了 发射成本 ，同时具有很强的抗干扰和保密性 ，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 、日本 等 已
的吸收和散射而 引起 的信 号能量减 弱，吸收是 由水蒸气、二 氧化碳 、臭氧分子 等对 光有吸收作用造 成的。克服 大气 衰减 的方法有三种 ：一是选 择工作波长，使其 处于透过 率高的大
星通 信 的频段 也会不 断提高 ，最 后将 与地面通 信 网发 展一
样 ，采 用光频波段作为高速卫星通信 的频段 Ｌ ｌ Ｊ 。 另一方面，近代卫星星座技 术的发展，也迫切需要建立 星 间链 路 。 而采用激光星 间链路 具有 微波星间链路所无法 比
系数小 的材料 ，二是采用主动温控措施 。 ３ ． ３背景光的干扰 太 阳光 、月光 、星光及地面 的反射光 ，都可能对通信链 路 的建立和正常 的通信产生干扰 。 克服背 景光干扰 的方法是 采用窄带滤光器和缩小接 收视场 。
间链路所采用 的波段 可有 两种选择 ：微波波段和 光波 波段 。
Ｄ ０ Ｉ ：１ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ６ ７ １ — ６ ３ ９ ６ ． ２ ０ １ ４ ． ０ ２ ． ０ １ ２
பைடு நூலகம்
１ 引言
现代 社会对 信 息不断 增长 的需求促 使现 代通信 技术不
断 向宽带高速方 向发展，从而导致 了所采用 的通信 频段 不断 向高频发展 ，最终 发展到光波频段 。卫星通信在军事和 民用 中都具有相 当重 要的地位 。 然而随着卫星技术 的发 展以及现 代社 会对 信息 的需求 ，需要通 过卫 星传输 的信 息量越 来越