激光通信
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2. 由弹道导弹防御组织与空间和导弹防御司令部共同资助的ＳＴＲ Ｖ2星地激光通信计划的两个地面实验终端已加工装配成功,Ａｓ ｔｒｏＴｅｒｒａ公司报道了ＳＴＲＶ2地面终端之间水平激光 通信的实验结果。实验中通信距离为13 8ｋｍ,在所罗戴德山与 德尔码高地之间,传输数据率为155Ｍｂｉｔ/ｓ.
欧洲的研究工作
激光通信
概述
信息高速公路的发展需要建立传输速率快、信息量大、覆盖空间广 的通信网络系统。随着国家信息基础设施ＮＩＩ和全球信息基础设 施ＧＩＩ的提出,对通信的要求越来越高,而目前卫星通信所采用的微 波通信技术将受到体积、重量、功耗等方面的严格限制不能无限制 地提高传输速率与容量。 空间激光通信是指利用光频波段作为信息 载体在空域进行的一种通信方式,不仅包括深空、同步轨道(ＧＥＯ)、 中轨道(ＭＥＯ)、低轨道(ＬＥＯ)卫星间、地面站之间的激光通信,还 包括卫星与地面站之间的激光通信。基本上可分为星间激光通信(星 间激光链路),星地间激光通信两类。
几种关键技术:精密光束瞄准,宽带 宽标捕获与跟踪。
1. 1994年美国弹道导弹防御组织(ＢＭＤＯ)通过美国空军和战略防 御司令部(ＳＳＤＣ)签署一项计划,投资开发12Ｇｂｉｔ/ｓ高数 据率激光通信终端,并计划用于1998年升空的空间技术研究载体 二号(ＳＴＲＶ2)上,其目的是演示低地球轨道卫星的激光上行和 下行链路,实验成功将证实卫星交叉链路和低地球轨道卫星上下 行链路的激光通信技术进入实用阶段。
设计出比第一代ＳＩＬＥＸ系统更小型,更高效,成本更低
的新一代实用化卫星间光通信端机,并很有可能在不久的 将来,用于全球移动通信系统中的卫星间数据传输。鉴于 此,他们断言,ＳＩＬＥＸ系统所取得的成就是光波实用于 自由空间数据交换的一个重要的里程碑 。
日本的研究工作
• 日本邮电部的通信研究实验室,从70年代初开始 着手空间光通信技术的相关工作,目前主要从事 卫星的光学跟踪和地面与卫星间激光传输技术的 研究。 • 1987年开始研制空间光通信基础实验系统ＬＣ Ｅ,先后制作了面包板模型(ＢＢＭ)、结构动态模 型(ＳＤＭ)、热动态模型(ＴＤＭ)、系统工程模 型(ＳＥＭ),1990年开始制作工程飞行模型(ＥＦ Ｍ) 。
欧洲空间局在空间激光通信方面不仅研究早,而且制定了一系 列研究计划,从70年代起,对空间激光通信的有关技术进行了有 步骤、周密细致的研究。如进行基础技术研究的ＴＲＰ计划, 星间激光通信系统及技术研究的ＡＳＴＰ计划。
从1989年起开始实施半导体激光星间链路实验Ｓ
ＩＬＥＸ)计划。ＳＩＬＥＸ计划将于2000年运行,该计 划将使欧洲空间局在民用卫星激光通信方面处于领先地 位。该计划中还包括与日本合作进行空间激光通信实验, 日本用ＯＩＣＥＴＳ卫星上的激光通信终端ＬＵＣＥ与
• 1981年在美国新墨西哥州白沙导弹靶场进行了飞机与地面站之间 的激光通信演示实验,实验持续了三个月,采用倍频ＹＡＧ激光器 (波长532ｎｍ),通信速率最高为1Ｇｂｉｔ/ｓ,通信距离最高达 100ｋｍ,同时进行的空间激光雷达演示实验,也获得了成功。从80 年代中期到1994年间,美国空军支持麻省理工学院林肯实验室建 起的高速星间激光通信实验装置,是世界上首次采用外差式接收方 式的激光通信实验系统,其目的是验证相干激光通信的可行性。
1998年喷气推进实验室对其承担 的光通信演示计划(ＯＣＤ)进行终
端系统级装配与性能测试,用激光
通信终端测定站ＬＴＥＳ测得终端 的装配与实验结果,尤其着重测量 其精密跟瞄特性。喷气推进实验室 利用ＯＣＤ系统进行地面站之间一 系列实验,用以理解大气效应与获 得ＯＣＤ系统的操作经验。喷气推
进实验室地面实验的目的是要论证
瞄准、捕获、跟踪子系统
瞄准、捕获、跟踪子系统是卫星光通信系统中非常重要的子 系统之一．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．另外，卫星光通信系 统中，还有一些辅助器件、伺服系统、控制系统等．
Ａ为电路的放大倍数 ; ＲＬ 是ＰＳＤ的负载电阻 ; Ｒ是 ＰＳＤ的极间电阻 ; Ｖａ、 Ｖｂ、Ｖｃ和Ｖｄ分别是Ａ
Ｌ2准直后由反射镜Ｍ2反射到Ｍ0,与信号光一起发射出
去,方向沿着主天线轴线。。
调制的作用是将需要发射 的信号调制到光载波上；
探测、解调是通过光电转
换器件将光信号转换为电 信号．探测部分还包括滤
波、放大部分，该部分也
是卫星光通信系统中必不 可少的．
三、典型的激光通信系统
光源系统 发射-接受系统 瞄准、捕获、跟踪子系统 位置敏感部件
发射-接收系统
发射、接收子系统是卫星光通信系
统的关键子系统之一．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。
光学天线
驱动源ＳＯ 1调制并驱动半导体激光器ＤＬ1,发射的信 号光束经准直望远镜ＴＥＬ1准直后由反射镜Ｍ1反射到 Ｍ0,并发射到对方的接收系统;驱动源ＳＯ 2调制并驱动 半导体激光器ＤＬ2,发射的信标光束经准直望远镜ＴＥ
国际研究进展
• 美国的研究工作 • 欧洲的研究工作 • 日本的研究工作
美国的研究工作
• 美国美国在空间激光通信方面最早开始进行研究,1971年美国空 军提出代号为405Ｂ的激光通信计划,具体由赖特帕特森实验室实 施,其目标是实现星间激光通信。1975年该计划移交给空间与导 弹系统组织管理,后来由于资金的限制,将该计划缩减至大气飞行器 实验。
激光通信的优点:
1. 与微波相比 , 光波频率高 3 ～ 5 个数量级 ,频率资源丰富得多 , 可 以获得高得多的数据传输速率,能满足大容量传输的要求,并为 实现空间多功能任务提供了时间保障。 2. 激光波束比微波波束的发散角小3～5个数量级,这将大大增加 接收端的电磁波能量密度,有利于终端减轻重量、减少体积,降 低功耗。 3. 保密和抗干扰性能极好,这对军事应用十分有利。
/Ｄ转换器的输入电压。
ＰＳＤ的基本结构就是一个大面积的ＰＮ结,当光辐射均 匀入射到ＰＮ结结平面时,结内发生光生伏特效应,产生光
电压,光电压有两方面的作用:1)引起ＰＮ结内载流子正向
注入形成正向电流;2)外电路形成回路时,可成为外电路的 源电压,形成外电流。
ＳＩＬＥＸ终端进行通信实验。1994年欧洲空间局通过
了ＳＩＬＥＸ设备级的方案评审,1996年进行了子系统的 性能测试,该项计划的目的是发展星间激光通信系统的全 部单元技术及元器件,建立和测试星间激光通信系统。
据ＳＩＬＥＸ系统的研制者宣称,尽管第一代ＳＩＬ ＥＸ系统还没有完全完成,但根据所取得的经验,已经可以
欧洲的研究工作
激光通信
概述
信息高速公路的发展需要建立传输速率快、信息量大、覆盖空间广 的通信网络系统。随着国家信息基础设施ＮＩＩ和全球信息基础设 施ＧＩＩ的提出,对通信的要求越来越高,而目前卫星通信所采用的微 波通信技术将受到体积、重量、功耗等方面的严格限制不能无限制 地提高传输速率与容量。 空间激光通信是指利用光频波段作为信息 载体在空域进行的一种通信方式,不仅包括深空、同步轨道(ＧＥＯ)、 中轨道(ＭＥＯ)、低轨道(ＬＥＯ)卫星间、地面站之间的激光通信,还 包括卫星与地面站之间的激光通信。基本上可分为星间激光通信(星 间激光链路),星地间激光通信两类。
几种关键技术:精密光束瞄准,宽带 宽标捕获与跟踪。
1. 1994年美国弹道导弹防御组织(ＢＭＤＯ)通过美国空军和战略防 御司令部(ＳＳＤＣ)签署一项计划,投资开发12Ｇｂｉｔ/ｓ高数 据率激光通信终端,并计划用于1998年升空的空间技术研究载体 二号(ＳＴＲＶ2)上,其目的是演示低地球轨道卫星的激光上行和 下行链路,实验成功将证实卫星交叉链路和低地球轨道卫星上下 行链路的激光通信技术进入实用阶段。
设计出比第一代ＳＩＬＥＸ系统更小型,更高效,成本更低
的新一代实用化卫星间光通信端机,并很有可能在不久的 将来,用于全球移动通信系统中的卫星间数据传输。鉴于 此,他们断言,ＳＩＬＥＸ系统所取得的成就是光波实用于 自由空间数据交换的一个重要的里程碑 。
日本的研究工作
• 日本邮电部的通信研究实验室,从70年代初开始 着手空间光通信技术的相关工作,目前主要从事 卫星的光学跟踪和地面与卫星间激光传输技术的 研究。 • 1987年开始研制空间光通信基础实验系统ＬＣ Ｅ,先后制作了面包板模型(ＢＢＭ)、结构动态模 型(ＳＤＭ)、热动态模型(ＴＤＭ)、系统工程模 型(ＳＥＭ),1990年开始制作工程飞行模型(ＥＦ Ｍ) 。
欧洲空间局在空间激光通信方面不仅研究早,而且制定了一系 列研究计划,从70年代起,对空间激光通信的有关技术进行了有 步骤、周密细致的研究。如进行基础技术研究的ＴＲＰ计划, 星间激光通信系统及技术研究的ＡＳＴＰ计划。
从1989年起开始实施半导体激光星间链路实验Ｓ
ＩＬＥＸ)计划。ＳＩＬＥＸ计划将于2000年运行,该计 划将使欧洲空间局在民用卫星激光通信方面处于领先地 位。该计划中还包括与日本合作进行空间激光通信实验, 日本用ＯＩＣＥＴＳ卫星上的激光通信终端ＬＵＣＥ与
• 1981年在美国新墨西哥州白沙导弹靶场进行了飞机与地面站之间 的激光通信演示实验,实验持续了三个月,采用倍频ＹＡＧ激光器 (波长532ｎｍ),通信速率最高为1Ｇｂｉｔ/ｓ,通信距离最高达 100ｋｍ,同时进行的空间激光雷达演示实验,也获得了成功。从80 年代中期到1994年间,美国空军支持麻省理工学院林肯实验室建 起的高速星间激光通信实验装置,是世界上首次采用外差式接收方 式的激光通信实验系统,其目的是验证相干激光通信的可行性。
1998年喷气推进实验室对其承担 的光通信演示计划(ＯＣＤ)进行终
端系统级装配与性能测试,用激光
通信终端测定站ＬＴＥＳ测得终端 的装配与实验结果,尤其着重测量 其精密跟瞄特性。喷气推进实验室 利用ＯＣＤ系统进行地面站之间一 系列实验,用以理解大气效应与获 得ＯＣＤ系统的操作经验。喷气推
进实验室地面实验的目的是要论证
瞄准、捕获、跟踪子系统
瞄准、捕获、跟踪子系统是卫星光通信系统中非常重要的子 系统之一．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．另外，卫星光通信系 统中，还有一些辅助器件、伺服系统、控制系统等．
Ａ为电路的放大倍数 ; ＲＬ 是ＰＳＤ的负载电阻 ; Ｒ是 ＰＳＤ的极间电阻 ; Ｖａ、 Ｖｂ、Ｖｃ和Ｖｄ分别是Ａ
Ｌ2准直后由反射镜Ｍ2反射到Ｍ0,与信号光一起发射出
去,方向沿着主天线轴线。。
调制的作用是将需要发射 的信号调制到光载波上；
探测、解调是通过光电转
换器件将光信号转换为电 信号．探测部分还包括滤
波、放大部分，该部分也
是卫星光通信系统中必不 可少的．
三、典型的激光通信系统
光源系统 发射-接受系统 瞄准、捕获、跟踪子系统 位置敏感部件
发射-接收系统
发射、接收子系统是卫星光通信系
统的关键子系统之一．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。
光学天线
驱动源ＳＯ 1调制并驱动半导体激光器ＤＬ1,发射的信 号光束经准直望远镜ＴＥＬ1准直后由反射镜Ｍ1反射到 Ｍ0,并发射到对方的接收系统;驱动源ＳＯ 2调制并驱动 半导体激光器ＤＬ2,发射的信标光束经准直望远镜ＴＥ
国际研究进展
• 美国的研究工作 • 欧洲的研究工作 • 日本的研究工作
美国的研究工作
• 美国美国在空间激光通信方面最早开始进行研究,1971年美国空 军提出代号为405Ｂ的激光通信计划,具体由赖特帕特森实验室实 施,其目标是实现星间激光通信。1975年该计划移交给空间与导 弹系统组织管理,后来由于资金的限制,将该计划缩减至大气飞行器 实验。
激光通信的优点:
1. 与微波相比 , 光波频率高 3 ～ 5 个数量级 ,频率资源丰富得多 , 可 以获得高得多的数据传输速率,能满足大容量传输的要求,并为 实现空间多功能任务提供了时间保障。 2. 激光波束比微波波束的发散角小3～5个数量级,这将大大增加 接收端的电磁波能量密度,有利于终端减轻重量、减少体积,降 低功耗。 3. 保密和抗干扰性能极好,这对军事应用十分有利。
/Ｄ转换器的输入电压。
ＰＳＤ的基本结构就是一个大面积的ＰＮ结,当光辐射均 匀入射到ＰＮ结结平面时,结内发生光生伏特效应,产生光
电压,光电压有两方面的作用:1)引起ＰＮ结内载流子正向
注入形成正向电流;2)外电路形成回路时,可成为外电路的 源电压,形成外电流。
ＳＩＬＥＸ终端进行通信实验。1994年欧洲空间局通过
了ＳＩＬＥＸ设备级的方案评审,1996年进行了子系统的 性能测试,该项计划的目的是发展星间激光通信系统的全 部单元技术及元器件,建立和测试星间激光通信系统。
据ＳＩＬＥＸ系统的研制者宣称,尽管第一代ＳＩＬ ＥＸ系统还没有完全完成,但根据所取得的经验,已经可以