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通信技术有关论文范文资料,与卫星激光通信技术相关论文怎么写
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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.
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德国的TerraSAR-X激光通信终端TerraSAR-X计划搭载一个激光通信终端（LTC）通信速率为5.625Gbps（24*255Mbps）,可以用来进行星间激光通信（美国的低轨卫星）和星地激光通信,用于实时传输合成孔径雷达上的数据.2008年2月21日,TerraSAR-X卫星与NFIRE卫星成功进行了世界上首次星间相干激光链路实验,链路距离3700～4700km、链路持续时间50～650s、误码率优于10-9、通信数据率高达5.625Gbps,该实验的成功标志着星间光通信技术的发展向前迈进了一大步.
1.1.2日本空间光通信发展
日本从80年代中期就开始星间激光通信的研究工作.1995年6月,日本的ETS-VI卫星与美国的大气观测卫星实现了双向激光通信,在相距32000km的情况下通话8分钟.1995年7月,ETS-VI卫星成功进行了星地光通信实验,传输距离37800km,传输速率1.024Mbit/s.2004年,日本计划在日本实验太空舱（JEM）“Kibo”上进行光通信实验.实验在Kibo和多个地面接收站之间进行,传输距离38,000km,下行速率2.5Gbit/s.
另外更引人注目的星地激光通信是日本的LUCE计划,LUCE通信终端（见图2）负载于OICETS卫星上,LUCE装载卫星的顶端.2005年12月9日实现了LUCE终端与Artemis卫星上的终端之间的激光通信.2006年3月,LUCE终端与日本国家信息通信技术研究所（NICT）光学地面站成功进行了双向激光通信试验,示意图见图2.2006年6月7日,LUCE终端与德国宇航中心移动光学地面站OGS-OP之间实现激光通信试验,在国际上首次实现低轨卫星与光学地面站的激光通信,日本LUCE计划的成功推动了星间激光通信技术的发展.
1.1.3美国空间光通信
美国于20世纪60年代中期就开始实施空间光通信方面的研究计划.美国近年来报道的大多是激光通信系统地面大气传输实验等方面的研究,但一直以来各研究机构也进行了大量的星间相干光通信体制的理论和实验研究.
2000年,搭载星载光通信终端LCT的卫星STRV-2成功发射,但是由于卫星的位置和姿态控制精度未在设计范围内,没能与地面站建立光通信链路.2003年,美国JPL开始建造光通信望远镜实验室（OCTL）,该实验室主要包括一个1m口径的光通信望远镜,用于研究多种激光在空间传输的性能,可实现与低轨到地球同步轨道光通信终端的光通信.
美国转型通信卫星计划将在战时和和平时期为国防部创建更宽的带宽.美国防部已经在新墨西哥州进行了概念试验,成功的实验显示出太空与地面站、太空与飞机之间进行激光通信的可能性,随着结合激光通信的转型卫星计划的出现,美国防部将会在带宽方面获得巨大提升.目前卫星上操作的带宽是几年前的10倍,在配备有宽带间隙填充仪的先进极高频卫星发射后,带宽将扩大10倍,应用激光通信后,带宽将再次扩大10倍.
1.2国内发展现状
我国在激光通信技术的研究从“七五”开始,已经有了近30年的时间,已经在空间激光通信领域取得了一定成果,主要集中在大专院校和部分厂所.这些研究主要是针对某一特定问题而展开的,从不同的角度研究激光通信.单机或者单项技术研究居多,系统层面以及工程应用层面的研究和试验不多,与国外的差距较大.
2卫星激光通信组成
卫星间激光通信系统主要由发射分系统、接收分系统、光学分系统、捕获跟踪瞄准（简称ATP）分系统和信息处理分系统等组成.如图3所示.
2.1天线分系统
天线分系统主要由望远镜,滤光片,天线方位俯仰转动平台,精跟踪和超前瞄准快速反射镜等设备组成；主要完成信标光和信号光的发射,信标光和信号光的接收和滤波等任务.天线发射部分完成对发射激光的准直和扩束,使激光光束按照一定的发散角发射出去.天线接收部分主要完成对接收光学的滤波、光束汇聚至相应的探测器上.
2.2发射分系统
发射分系统主要由激光器、调制器、功率放大器及驱动源等设备组成,主要完成信标光产生、信号光产生、数据相干调制和信号光功率放大任务.
在卫星间激光链路中,光源的设计非常重要,它直接影响到天线增益、探测器的灵敏度、通信距离等参量,本系统选用半导体激光器作为光源,并同时使用两只激光器,分别作为信标光源和信号光源.由不同的激光器产生的信号光和信标光分别经准直系统后,具有合适的发散角,然后通过合束器合成,最后经过收发光学天线发射出去.
信标激光器用作系统的ATP探测,为便于双方搜索,减小捕获时间,信标光源应有较大的光束发散角,此外,为保证接收端有足够强的光信号,对信标光激光器的发射功率要求相对较高.
信号激光器应有较好的光束质量和较高的调制频率响应,为得到较大的输出功率,选用半导体激光器+光纤放大器体制.
2.3接收分系统
接收分系统主要由光电探测器、滤波电路和放大电路等设备组成,主要完成微弱光信号的探测和数据信号的解调等任务.
2.4ATP分系统
ATP分系统主要由粗跟踪单元、精跟踪单元、中心控制器、超前瞄准机构以及相关光路组成.主要完成对方信标光的捕获、跟踪和瞄准任务.由于星间距离较远,为了满足作用距离,设计的信号光波束极窄.当收到对方信号时,目标已运动到接收波束之外.双方发射天线波束的超前瞄准功能将克服该现象,确保星地链路通信正常.
粗跟踪单元负责在大视场范围内搜索、捕获目标,并对目标进行粗跟踪,将目标导入精跟踪探测器的视场.精跟踪单元负责抑制平台带来的高频扰动,在小视场内对目标进行精确跟踪,确保系统视轴指向对方视场中心.中心控制器负责协调粗跟踪单元与精跟踪单元之间的工作及测量目标角位置、角速度及角加速度等信息.
2.5信息处ச
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