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星间通信将从电波时代跨入激光时代

时间: 2019-06-03 作者:激光超市 来源:激光超市 阅读: 396 次

通过携带能够发射和接收激光的载荷,星间通信将从“电波时代”跨入“激光时代”。那么星间激光通信为什么能够满足更大的需求?具体是一个什么样的通信过程呢?实现星间激光通信的难点又在哪里?

又快又“重载”   激光传输好处数不胜数

随着卫星通信传输数据需求的增加,现代的卫星通信在准确的基础上,需要量大、实时、传输距离远,这要求卫星通信具有更高的传输数据率。

据资料显示:星间激光通信所利用的激光比微波频率高3—4个数量级。频率越高意味着它在同样的时间里变化越大,就如同一个弹簧的“压缩”,能够“压入”更大量的数据,实现对数据的“重载”。星间激光通信无需频率申请许可,这意味着激光通信绕开了“管制空路”,获得了更广阔的便利空间。加上星间激光通信的能量聚集度很高,星间激光通信在终端体积、重量和功耗方面具有明显优势。

边跑边接  多一道“转换”手续

星间激光通信需要解决的根本问题包括两个,一是如何通信,二是如何建立通信链路并始终维持稳定的链接。

从本质上讲,星间激光通信和星间微波通信都属于电磁波通信,两者的系统组成是基本相同的,均包括信源、发送设备、信道、接收设备、信宿五个部分。星间激光通信与星间微波通信不同的是:前者的信息载体是光,但由于器件所限,信号不能以全光形式发送和接收,需要在发送端将待传输的电信号转换为光信号,在接收端将光信号转换为电信号才能正确复原原始信息。后者的信息载体是无线电,无需进行发射端的电光转换和接收端的光电转换。

百公里“穿杨”之外  不掉线面临更大挑战

在茫茫太空中,距离遥远的一颗卫星发射的激光又如何能够抵达另一颗卫星的接收设备中呢?

据了解,建立星间通信链路并保持链路稳定是一项最关键的技术。两颗卫星始终处于相对高速运动,要成功建链并保持稳定需要几大步骤,即瞄准、捕获和跟踪。

1瞄准

瞄准是指激光终端需要瞄着某个方向发射信标光,以便对方能接收。

2捕获

捕获信标光束犹如“信号弹”让彼此定位,如果入射的信标光均能进入A星和B星激光接收机的探测视场内,即实现了双向捕获。

3跟踪

跟踪则可视为“细调”“矫正”。当捕获模式中的光斑逐步接近标志点时,系统切换为跟踪模式,利用更小的窗口不断快速计算脱靶量,并实时反馈给跟瞄执行机构,以使入射光斑质心始终保持在光轴标志点附近。

“星间激光通信是极远距离、极弱信号的探测,其技术难点来自于超远的距离、链路的动态变化和复杂的空间环境。由于距离超远,星间激光通信技术要求发展同时具备功率大、功耗低、线宽窄和温度稳定性好的激光器模块,超高灵敏度的光电探测器,以及高速光电转换器件。

也就是说,要实现星间激光通信,硬件的高灵敏、高精确是基础,而算法的迅速和准确是保障,经过软、硬件的协同发展和磨合将逐步提高星间激光通信技术的高反应速度和高精度,例如实现建链时间的秒量级,光束对准精度在几微弧度之内。以上仅仅是星间的“一对一”通信,对于星间激光组网而言,还需考虑多路接入、路由切换和空间网络交换等问题。

“对于商用激光通信星座而言,还需要考量性能和成本的协调发展,需要解决的将不仅是科学问题,还有与不同行业的匹配、兼容等问题。”杜利表示,星间激光通信作为一种高速数据传输手段,在需要快速回传卫星数据的场合,例如灾情采集、应急通信、敌情侦察、卫星导航等,激光链路可以提供很好的实时性;在需要传输大容量数据的场合,例如全球测绘、气象探测等,激光链路可以提供很好的稳定性。通过星间激光通信技术构建的星间通信骨干网,将有望变革未来空间通信技术,为未来高速、高通量天地一体化通信网络的建设奠定基础。(记者 张佳星)

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