激光測控通信技術(shù)的研究進(jìn)展論文

　　摘要：在航天測控通信領(lǐng)域方面激光測控通信技術(shù)是一種新型的通信技術(shù)，能夠超越一般通訊距離、通信的傳輸準確穩定、信息的通訊速度快、具有較強的抵抗電磁干擾的能力。以對美國，歐盟，日本和俄羅斯在激光測控通信技術(shù)方面的研究成果和發(fā)展計劃作為基礎，瑞典型激光測控通信系統的性能指標進(jìn)行了簡(jiǎn)要的總結，對激光控制通訊技術(shù)的發(fā)展趨勢進(jìn)行整體系統的分析，與我國激光測控通信技術(shù)的實(shí)際情況相結合整體總結出幾點(diǎn)發(fā)展的要求。

　　關(guān)鍵詞：測控；激光通信；激光測距；激光通信終端

　　伴隨著(zhù)航天任務(wù)數量的激增，以人造衛星、飛機以及平流層的飛艇，其分辨率的觀(guān)測系統以及載人飛船之間的對接、應用為導航的衛星以及活性探測等項目，這些在系統中都有新的要求被提出，具體的表現為：

　�。�1）對衛星軌道的精確度，衛星的定位和對衛星姿態(tài)的測定都提出了更高的要求；

　�。�2）對數數據傳輸的速度方面的提升；

　�。�3）對傳輸距離的要求；

　�。�4）對安全防護能力的提升；

　�。�5）對測量控制成本的減少以激光作為信息載體的激光通訊系統，對于飛行器軌跡的測量以及地面基站的信息遙控等方面，有效的測量信息及傳輸的通訊，形成了獨立又統一的系統。

　　因為激光有非常好的方向性，能量也可以完全的進(jìn)行擊中，并且其頻率的通暢性也非常高，我們可以了解到，激光側控通信技術(shù)有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢：（1）測量的準確度超過(guò)其他通信技術(shù)；

　�。�2）數據的傳輸速度快；

　�。�3）信息能夠傳遞很遠的距離；

　�。�4）能夠避免電磁對信息的干擾；

　�。�5）激光載體整個(gè)體積小，重量輕；

　�。�6）激光送通信系統建設完成后使用率高；激光聲控通信技術(shù)在實(shí)現數據傳輸的高效的同時(shí)滿(mǎn)足對數據或信息的高精準要求，逐漸形成航天測控通信技術(shù)的主要發(fā)展趨勢。全球各航天大國都對激光測控通信技術(shù)的發(fā)展予以重視，對于激光測控通信技術(shù)的發(fā)展，都投入了大量的時(shí)間和精力。最近幾年激光數控通信技術(shù)，取得了突破性的進(jìn)展，激光數控通信技術(shù)的實(shí)驗驗證成功，完美的體現出了激光測控通信技術(shù)的優(yōu)勢。

　　一、激光測控通信技術(shù)研究現狀

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　　1、月球激光通信演示。美國國家航空航天局在2013年的9月份成功研制出了月球激光通信星載終端，此終端同對月球大氣和灰塵環(huán)境探測器一起發(fā)射升空。在2013年的第四季度，十一月份左右，這一星載終端的完成，也就浴室這月球軌道飛行器和地球之間能夠實(shí)現雙向的高速激光通信實(shí)驗。一個(gè)月球激光通信的終端和三個(gè)坐落在不同地區的光通信地面終端是LL-CD系統的基礎部分。這三個(gè)地面終端分別是，月球激光通信地面終端；月球激光通訊光學(xué)終端以及月球激光通訊光學(xué)地面系統。在實(shí)驗期間內，參考氣象因素和可以進(jìn)行觀(guān)測的時(shí)間，在提升星仔與地面基站的鏈接的接通率的同時(shí)降低了接通的時(shí)間。在2013年的10月18日，地月之間的雙向激光通信的時(shí)間第一次演示獲得成功。LL-CD的實(shí)驗周期就進(jìn)行了一個(gè)月，這一個(gè)月的軌道實(shí)驗包含了高度精準的跟蹤技術(shù)，對激光通信在任何環(huán)境（天氣情況）或在晝、夜下的通訊實(shí)驗。此次實(shí)驗證明了LL-CD系統在白天能夠以穿透薄云層的方式對數據進(jìn)行正常的輸送；證明了激光通信鏈路具有高精確度的測定技術(shù)，月球與地球之間的雙向測距精確度越來(lái)越小。2、激光通信中繼演示驗證美國正在實(shí)驗的激光通信中繼演示驗證LCRD，并且有兩套激光通信和地球同步軌道的人造衛星，他們分別建立在美國加利福尼亞和夏威夷島。美國這兩個(gè)地區作為整個(gè)系統的基礎底面站。這一GEO衛星是在2017年被發(fā)射的，在此前，實(shí)驗周期就為2年，并在軌告訴激光通信的實(shí)驗中，這一類(lèi)型完全可以被DPSK與PPM同時(shí)進(jìn)行操控。這一實(shí)驗能夠證明，DPSK系統在告訴與激光通信和PPM系統進(jìn)行聯(lián)合，其主要的技術(shù)核心，就是中低碼率深孔激光通信技術(shù)。3、星間、星地相干激光通信早在2008年，利用BPSK進(jìn)行調節的機制與靈相差相干的探測系統，德國低地球軌道衛星Terra-SAR-X和美國低地球軌道衛星NFIRE儀器完成了全球性的首次星間相干激光通信實(shí)驗。其鏈路的距離在3800到4900之間，通信的速度也達到了5.625Gbit/s。2009年6月17日我2010年3月10日時(shí)，對于這一衛星到地面站以及其衛星之間的相干激光通信也進(jìn)行了實(shí)驗的證明。這一實(shí)驗成功，對星間以及星地告訴相干通信可以使用的實(shí)用性以及合理性都是完全可行的。在2013年的夏季，Alphasat地球同步軌道衛星在激光通信終端的輔助下升空發(fā)射成功。2014年4月，Sentinel1A低地球軌道衛星也將搭有載激光通信終端的衛星發(fā)射成功，在同年的10月份，Alphasat地球同步軌道衛星與Sentinel1A低地球軌道衛星成功建立了激光通信連接，和1.8Gbit/s速度的星間相干激光通信實(shí)驗進(jìn)行了通信連接。

　�。ǘ�）歐洲數據中繼衛星系統

　　EDRS通信鏈接與Ka頻率作為L(cháng)EO衛星并服務(wù)的基礎，為無(wú)人機以及地面站提供用戶(hù)數據的服務(wù)，EDRS是能夠為EDRS-A和EDRS-B兩套通信衛星的負載提供同時(shí)的滿(mǎn)足，分別具有自己的一套激光通信終端，此通訊終端用于實(shí)現星間高速激光通信的連接，連接所跨越最遠的距離能夠達到45000千米，信息碼處理的速度為1.8Gbit/s，在處理過(guò)程中出現錯誤碼的概率10的-8次方，整體采用相干通信系統。

　　二、激光測控通信技術(shù)發(fā)展趨勢

　　在近些年，我國對于航天技術(shù)大力發(fā)展，很多企業(yè)對于高速的激光通信技術(shù)以及精密的激光測量、激光控制和通信一體化等方面，都有深入的分析和研究，并取得了一定的成果。在2011年，我國已經(jīng)將星地雙向激光通信實(shí)驗實(shí)施完成，將“航天激光測控通信系統概念研究”和激光同通信一體化方案的設計成果作為了整個(gè)實(shí)驗的理論基礎，在國內率先提出了激光統一側孔的理念，也與其他的聯(lián)合單位共同進(jìn)行發(fā)現和研究。背景的遙測技術(shù)研究院在2014年，就利用激光告訴通信體制以及精密測距這兩個(gè)理論作為試驗演示的一句，通訊速度也與Gbit/s的級別相差無(wú)異，測量距離的精準度可以精確到毫米。但是我國的國內技術(shù)和國外相比，還有較大的差距。一些國外相對發(fā)達的國家，其技術(shù)已經(jīng)成功的將激光測控通信站的實(shí)驗進(jìn)行了實(shí)施，并且也對其更進(jìn)一步的完善，成功的向工程的應用方面進(jìn)行了拓展。國外的激光側孔通信技術(shù)發(fā)展的方向及經(jīng)驗，是可以讓我們借鑒和學(xué)習的。值得我們借鑒的地方有：

　�。ㄒ唬┘す鉁y控以及通信技術(shù)已經(jīng)逐漸發(fā)展為整體化

　　激光通信技術(shù)為了能夠達到高精度測控以及高速通信這兩個(gè)目的，就需要應用同一套物理設備來(lái)完成。這一項技術(shù)無(wú)論是在導航星間路線(xiàn)連接，還是在地面的測控系統上，都是非常重要的。國外的設計與研究已經(jīng)將測量和通信的共同進(jìn)行了同步應用。

　�。ǘ�）星載激光通信終端逐步向小型微型發(fā)展

　　激光通信終端在將距離和通信速度進(jìn)行連接的時(shí)候，因為對工作頻率的要求比較高，波束小，在空間的傳輸上要將損失進(jìn)行降低，所以小口徑的天線(xiàn)更適合發(fā)射功率的要求。因為體積小重量輕以及功能消耗較低，這些先天性的優(yōu)勢讓微笑衛星通信載荷的應用更為適合。當前微納光電子器件與集成光學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，衛星在激光通訊的終端微小型化的發(fā)展上，也提供了保障。

　�。ㄈ�）激光通信網(wǎng)絡(luò )開(kāi)始空天一體化

　　很多發(fā)達國家在激光終極系統部署的時(shí)候，都會(huì )考慮建立激光導航和通信。在天基激光通信系統完成后，會(huì )將各個(gè)國家的衛星與空間站等進(jìn)行相互的鏈接和對接，形成空天地合一的激光網(wǎng)絡(luò )通信。全球的第一個(gè)激光重疾衛星系統DERS也是近些年才開(kāi)始投入應用的。

　　三、結束語(yǔ)

　　我國航天任務(wù)對于測控系統的應用越來(lái)越有更高的要求，無(wú)論是高精度測量還是高速路通訊，我國需要對其應用的方面越來(lái)越多，激光測控的通信技術(shù)已經(jīng)逐漸的成為了航空飛行棋測控通信的重要方式，無(wú)論是在信息帶寬還是測量精度方面，亦或是對電磁干擾的抵抗力方面，都有非常優(yōu)異的表現。

　　參考文獻：

　　[1]于志堅.我國航天測控系統的現狀與發(fā)展[J].中國工程科學(xué),2006,（10）.

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