衛(wèi)星激光通信技術(shù)分類 你知道幾種？

衛(wèi)星激光通信的關(guān)鍵技術(shù)，結(jié)合日本ARTEMEOCEIS星間激光通信試驗(yàn)和 GdOETS地激光通信試驗(yàn)，進(jìn)行了具體說明，最后對(duì)我國(guó)發(fā)展衛(wèi)星激光通信技術(shù)提出建議。

1.0 衛(wèi)星通信技術(shù)

主要包括微波通信和激光通信，其中微波通信相對(duì)成熟且應(yīng)用極為廣泛。但是隨著航天裝備應(yīng)用的逐步深入，航天頻率資源越來越緊張.而且經(jīng)常出現(xiàn)頻率干擾問題。

解決這一問題的技術(shù)途徑之一是采用激光通信。

衛(wèi)星激光通信具有傳輸速率高,通信 容量大抗干擾性能強(qiáng)，信息安全性高通行設(shè)備體積小、重量輕、功耗低等優(yōu)點(diǎn)近年來已經(jīng)取得突破性進(jìn)展成為現(xiàn)代通信技術(shù)發(fā)展的新熱點(diǎn)。

但是由于大氣激光通信受大氣擾動(dòng),背景光輻射、平臺(tái)振動(dòng)相對(duì)運(yùn)動(dòng)等較多因素的影響,對(duì)激光器、捕獲跟蹤與瞄準(zhǔn)、調(diào)制接收等關(guān)鍵技術(shù)要求很高，成為制約衛(wèi)星激光通信的瓶頸。

2.0 衛(wèi)星激光通信的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 激光器技術(shù)

激光通信的需求之一是超高速數(shù)據(jù)傳輸，而衛(wèi)星通信距離較遠(yuǎn)，一般要求不小于 4~5萬 km,因此要求系統(tǒng)有足夠的發(fā)射功率,光源穩(wěn)定激光器技術(shù)用于建立激光鏈路的光源，一直是激光通信的關(guān)鍵技術(shù)之一,由于受到光傳輸介質(zhì)及探測(cè)器的影響，對(duì)激光波長(zhǎng)的研究主要集中在800nm1000m及1550三個(gè)波段，現(xiàn)在用于星上的激光器的研究，主要集中在與以上三種波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的半導(dǎo)體激光器、固體激光器和光纖激光器。

衛(wèi)星激光通信日漸火熱!一文帶你讀懂技術(shù)、機(jī)遇與挑戰(zhàn)

作者 | 物聯(lián)網(wǎng)智庫(kù)2023-10-13其中，太赫茲和量子通信或者相關(guān)技術(shù)仍不完善，或者器件的成熟度還未達(dá)到可工業(yè)使用的要求，目前距應(yīng)用仍有較大距離。

目前最成熟的通信方式是微波通信。微波通信在器件、算法等各方面的發(fā)展都已經(jīng)較為成熟。但同時(shí)，微波通信也存在一些不足之處。一是長(zhǎng)距離傳輸需要較高的功耗，傳輸速率也會(huì)受到限制。二是由于星際環(huán)境復(fù)雜多變，微波通信需要申請(qǐng)?zhí)囟ǖ念l段，避免與相鄰衛(wèi)星通信頻率重疊，以防止信號(hào)干擾。

相對(duì)而言，激光通信技術(shù)日益成熟，在星間通信中的使用逐步增多。激光通信受益于地面的光纖通信對(duì)產(chǎn)業(yè)鏈的催化，其優(yōu)勢(shì)為傳輸速率高、無頻段限制，且對(duì)其他任何星間通信不會(huì)造成干擾。

衛(wèi)星激光通信是利用激光作為信號(hào)載波，將語(yǔ)音和數(shù)據(jù)等信息調(diào)制到激光上進(jìn)行傳輸?shù)姆绞?。區(qū)別于微波通信，激光光束在空間中充當(dāng)信息的傳輸載體。按照激光傳輸環(huán)境的不同，衛(wèi)星激光通信分為兩類：一是真空環(huán)境下的激光通信，即星間激光通信，主要應(yīng)用于真空環(huán)境中的設(shè)備，如衛(wèi)星與衛(wèi)星、飛船、空間站等之間的通信;二是在大氣環(huán)境下進(jìn)行的激光通信，即星地激光通信，這種通信技術(shù)應(yīng)用比較廣泛，如用于衛(wèi)星與地面、海上用戶及空中飛行器的連接等。

衛(wèi)星激光通信的核心技術(shù)要素包括關(guān)鍵組件、通信體制和對(duì)準(zhǔn)捕獲方式。

其關(guān)鍵組件包括激光發(fā)射器、發(fā)射光學(xué)鏡頭、接收光學(xué)鏡頭、激光接收器、控制硬件等。

空間激光通信共有兩種最常用的通信體制：相干通信和非相干通信。目前，相干通信和非相干通信都已在國(guó)際上完成在軌關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證，并開始了大規(guī)模的組網(wǎng)建設(shè)部署。相比之下，在工程應(yīng)用場(chǎng)景中，相干體制適用于鏈路距離較遠(yuǎn)且速率較高的情況，而非相干體制則適用于鏈路距離較近且速率較低的情況。

對(duì)準(zhǔn)捕獲方式包括信標(biāo)光和非信標(biāo)光兩種?！靶艠?biāo)光+信號(hào)光”捕獲方案是指激光通信終端使用單獨(dú)的信標(biāo)光。通過使用較寬的信標(biāo)光束按照一定的掃描方式對(duì)不確定區(qū)域進(jìn)行掃描。終端使用大視場(chǎng)的捕獲探測(cè)器來監(jiān)測(cè)接收信標(biāo)光的質(zhì)心位置，以實(shí)現(xiàn)對(duì)信標(biāo)光的捕獲和跟蹤，進(jìn)而將信號(hào)光引導(dǎo)至跟蹤探測(cè)器接收視場(chǎng)，進(jìn)行精確跟蹤，最終實(shí)現(xiàn)激光建立通信鏈路。

“非信標(biāo)光”捕獲方案則是指在工作過程中不使用信標(biāo)光，直接使用信號(hào)光進(jìn)行掃描，并通過對(duì)信號(hào)光進(jìn)行分光，實(shí)現(xiàn)光通信終端之間的捕獲和跟蹤功能。

光通信市場(chǎng)在2023年將繼續(xù)保持穩(wěn)步增長(zhǎng)，并且呈現(xiàn)出一些關(guān)鍵的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)。光芯片、光器件、光模塊等作為光通信的基礎(chǔ)和核心，市場(chǎng)規(guī)模持續(xù)增長(zhǎng)，技術(shù)路徑持續(xù)革新。

快速增長(zhǎng)的需求

隨著數(shù)字化轉(zhuǎn)型的加速和全球互聯(lián)網(wǎng)用戶數(shù)量的持續(xù)增長(zhǎng)，光通信市場(chǎng)將面臨快速增長(zhǎng)的需求。大規(guī)模數(shù)據(jù)中心、云計(jì)算、5G移動(dòng)通信、物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域?qū)Ω咚佟⒏邘挼墓馔ㄓ嵔鉀Q方案的需求將推動(dòng)市場(chǎng)的發(fā)展。

400G和800G技術(shù)的崛起

在高速光通信領(lǐng)域，400G和800G技術(shù)將成為主導(dǎo)趨勢(shì)。隨著數(shù)據(jù)中心和網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商對(duì)更高速率的需求不斷增加，400G和800G光模塊將成為關(guān)鍵的技術(shù)解決方案，提供更大的帶寬和更高的傳輸效率。光通信器件行業(yè)處于光通信產(chǎn)業(yè)的上游，光通信器件的先進(jìn)性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性會(huì)直接影響到光網(wǎng)絡(luò)設(shè)備乃至整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的技術(shù)水平和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，因此光網(wǎng)絡(luò)設(shè)備制造商對(duì)光通信器件的性能要求較高。

光模塊的小型化和高密度化

隨著數(shù)據(jù)中心和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的規(guī)模不斷擴(kuò)大，對(duì)光模塊的小型化和高密度化要求也越來越高。2023年，光模塊制造商將繼續(xù)推出更小尺寸、更高端口密度的光模塊，以適應(yīng)緊湊空間和高密度部署的需求。未來有望向高速率、高集成、大容量發(fā)展，利用新工藝和更高的解決方案，持續(xù)拓展新的應(yīng)用場(chǎng)景。

智能操作和自動(dòng)化

基于云計(jì)算技術(shù)和5G通訊技術(shù)的結(jié)合，新技術(shù)、新業(yè)務(wù)的快速發(fā)展催生出了多種新業(yè)態(tài)，智慧城市、自動(dòng)駕駛等新興行業(yè)都對(duì)光通信和數(shù)據(jù)通訊提出了新的更高要求。2023年光通訊市場(chǎng)將追求更直觀、更智能的操作和自動(dòng)化。光通信設(shè)備制造商將更加關(guān)注用戶界面的改進(jìn)和自動(dòng)化控制的實(shí)現(xiàn)，以簡(jiǎn)化操作流程、提高效率和減少人工錯(cuò)誤。

混合集成解決方案

由于通道集成和集成功能的增加，器件密集后散熱就會(huì)成為一個(gè)新的挑戰(zhàn)，光器件的小型化、低功耗是未來發(fā)展的新趨勢(shì)。未來通信網(wǎng)絡(luò)的升級(jí)、數(shù)據(jù)中心的廣泛建設(shè)、5G帶寬需求增強(qiáng)將使光通信行業(yè)保持快速增長(zhǎng)。

為了滿足多樣化的應(yīng)用需求和節(jié)省空間成本，光通信市場(chǎng)將看到越來越多的混合集成解決方案的出現(xiàn)。這些解決方案將集成不同類型的光模塊和光器件，實(shí)現(xiàn)高度集成化的光通信系統(tǒng)，提供更靈活、更高性能的解決方案。

綠色和可持續(xù)發(fā)展

隨著環(huán)境意識(shí)的增強(qiáng)，光通信市場(chǎng)也將越來越注重綠色和可持續(xù)發(fā)展。制造商將致力于開發(fā)能效更高、材料更環(huán)保的光通信器件，以減少能源消耗和環(huán)境影響。