空間激光通信技術(shù)最新進展與趨勢

梅依賢

摘 要：光釬通信系統(tǒng)已經(jīng)被推向我國通信市場，但是研究人員對高速通信系統(tǒng)的關(guān)注程度更高。對此，我國通信部門已經(jīng)對空間激光通信技術(shù)展開了研究分析?？臻g激光通信技術(shù)相比傳統(tǒng)的通信技術(shù)具有以下應(yīng)用優(yōu)勢：一是傳輸速率高，二是天線尺寸小，三是抗干擾性強，四是保密性好。很多國家都在加大空間激光通信技術(shù)的研究力度和資金量，特別是ESA。長距離的通信也只能依靠空間激光通信技術(shù)才能實現(xiàn)，這是光釬通信技術(shù)無法實現(xiàn)的。由此可以看出，空間激光通信技術(shù)具有廣闊的發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：空間激光通信技術(shù) 最新進展 趨勢

中圖分類號：TN929.1 文獻標(biāo)識碼 文章編號：1672-3791（2016）11（b）-0003-02

空間激光通信具有通信容量大，通信速率、抗干擾能力強，抗截獲能力強和重量輕等多種優(yōu)點，是以激光為載波，在空間中實現(xiàn)多種信息進行無線傳輸?shù)耐ㄐ欧绞健臍v年的空間激光通信技術(shù)的發(fā)展歷程來看，ESA的作用不可小視，ESA代表空間激光通信技術(shù)的最高水平，對于空間激光通信技術(shù)的發(fā)展有很大影響。但是，對于我國而言，我國空間激光通信技術(shù)還處在發(fā)展的初級階段，還在摸索空間激光通信技術(shù)的發(fā)展方向，可結(jié)合本國的情況借鑒發(fā)達國家空間激光通信技術(shù)的發(fā)展經(jīng)驗。

1 空間激光通信技術(shù)最新進展

目前，國內(nèi)外空間激光通信發(fā)展迅速，歐洲、美國、日本、德國等地區(qū)和國家對空間激光通信技術(shù)進行了大量的研究，為空間激光通信技術(shù)做出了巨大的研究貢獻。如表1所示，展示了近幾年美國等國在空間激光通信技術(shù)研究方面比較有代表性的成果。

2 空間激光通信技術(shù)發(fā)展趨勢

2.1 直接探測體制發(fā)展

相比而言，空間激光通信直接探測體制的結(jié)構(gòu)比較簡單，操作起來比較方便，因而被廣泛應(yīng)用于第一代激光通信系統(tǒng)內(nèi)部。但是，從實際空間激光通信環(huán)境來看，光強度對通信系統(tǒng)的影響比較大，而且會受到噪音的干擾，空間激光通信直接探測體制無法滿足空間激光通信系統(tǒng)的運行需求，敏感度較低。經(jīng)過空間激光通信專業(yè)人士的多年研究，ESA于2008年被安裝在衛(wèi)星上，對空間激光通信系統(tǒng)進行端口檢測，同時也對相干通信展開了實驗分析，誤碼率非常小，而且信息傳輸?shù)乃俣确浅？臁Ｄ壳?，空間激光通信技術(shù)還將不斷完善。為了不斷提高激光通信系統(tǒng)的實用性和通用性，未來的發(fā)展趨勢是探測體制的發(fā)展從單一體制向復(fù)合探測體制轉(zhuǎn)變。

2.2 傳統(tǒng)量子通信的變革

1980年量子通信被首次提出，量子通信應(yīng)用了加密技術(shù)，可以保證傳輸信息的絕對安全，量子通信一提出就受到了人們的廣泛關(guān)注。2004年，經(jīng)過多位空間激光通信科學(xué)家的研究實驗，實現(xiàn)了量子通信的遠距離傳輸，量子通信可以透過地面大氣依舊保持糾纏特性。2006年，量子通信實現(xiàn)了超遠距離的空間通信。截止到目前為止，我國科學(xué)家對于量子通信的研究已經(jīng)創(chuàng)造了新的歷史。量子通信具有巨大的發(fā)展?jié)摿?，空間激光通信研究人員也正是看重了量子通信的這一巨大發(fā)展?jié)摿?，研究人員從2002—2007年展開了多項研究，總結(jié)出影響量子通信的多種因素。經(jīng)過幾年的發(fā)展，傳統(tǒng)量子通信的變革研究的技術(shù)逐漸成熟，正在快速向?qū)嵱没?、加密化邁進。將衛(wèi)星光通信與量子光通信相結(jié)合，進行衛(wèi)星光通信中的量子密鑰分發(fā)是衛(wèi)星光通信保密技術(shù)一個新的發(fā)展方向。

2.3 光子集成化升級

空間激光通信光子技術(shù)包括：一是光纖光學(xué)，二是集成光學(xué)，三是微光子學(xué)。光子技術(shù)具有以下特點和優(yōu)點：一是損耗較小，二是協(xié)議透明，三是抗干擾性強，四是不誘導(dǎo)電磁干擾，五是重量小，六是體積小，七是柔韌性好，八是無互相耦合?？臻g激光通信光子技術(shù)特別適合應(yīng)用于航天環(huán)境中；1990年，美國經(jīng)過實驗證明光子技術(shù)確實可以應(yīng)用于航天器中；2002年，研發(fā)部門加大了研究光子技術(shù)的資金量，研究的內(nèi)容為：一是通信鏈路，二是模數(shù)轉(zhuǎn)換，三是頻率轉(zhuǎn)換，四是本振生成，五是光束形成網(wǎng)絡(luò)，六是傳感，七是成像光纖；2009年，西方國家發(fā)射出的衛(wèi)星上就設(shè)置了光子器件。如今，空間激光通信光子技術(shù)正朝著光子PCB的方向發(fā)展，空間激光通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)也在不斷提高。

2.4 天基網(wǎng)絡(luò)的一體化演變

空間激光通信技術(shù)發(fā)展的最終目標(biāo)是實現(xiàn)全球數(shù)據(jù)覆蓋，與地面形成網(wǎng)絡(luò)鏈路。在空間激光通信技術(shù)的研究初期，研究人員把更多的精力放在空間激光通信鏈路的研究和實驗上。2000年后，研究人員開始加大天基網(wǎng)絡(luò)一體化演變的研究力度。如今，空間激光通信研究人員提出了天基混合網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并對天基網(wǎng)絡(luò)的性能和所帶來的經(jīng)濟效益做出了研究分析。但是，我國的天基網(wǎng)絡(luò)一體化演變還處在理論研究階段，還未真正實踐，還有很多空間激光通信技術(shù)問題亟需解決。

2.5 空間激光通信向深空邁進

人們一直想更加深入地了解星空，國外發(fā)達國家自20世紀(jì)90年代初期便開始了以激光通信作為深空探測通信方式的相關(guān)研究。近幾年人們對天空的探索熱潮一直不退。如今，研究人員把探索星空的希望寄托在空間激光通信技術(shù)上，西方國家也在加大空間激光通信技術(shù)應(yīng)用于衛(wèi)星上的研究力度。空間激光通信研究人員經(jīng)過多年的努力，收到了不錯的成果。在ESA和NASA（美國國家航空航天局）未來的深空探測計劃中，激光通信將成為深空探測活動的主要通信方式。

3 結(jié)語

從實際空間激光通信環(huán)境來看，光強度對通信系統(tǒng)的影響比較大，而且會受到噪音的干擾，直接探測體制無法滿足空間激光通信系統(tǒng)的運行需求，敏感度較低。2004年，經(jīng)過多位科學(xué)家的研究實驗，量子遠距離的傳輸通信實現(xiàn)了，透過地面大氣量子通信可以依舊保持糾纏特性。如今，光子技術(shù)正朝著光子PCB的方向發(fā)展，空間激光通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)也在不斷提高。空間激光通信技術(shù)發(fā)展的最終目標(biāo)是實現(xiàn)全球數(shù)據(jù)覆蓋，與地面形成網(wǎng)絡(luò)鏈路。但是，我國的天基網(wǎng)絡(luò)一體化演變還處在理論研究階段，還未真正實踐，還有很多空間激光通信技術(shù)問題亟需解決。截止到目前為止，我國科學(xué)家對于空間激光通信的研究已經(jīng)創(chuàng)造了新的歷史。

參考文獻

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