激光测控通信技术的研究进展

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摘要：在航天测控通信领域方面激光测控通信技术是一种新型的通信技术，能够超越一般通讯距离、通信的传输准确稳定、信息的通讯速度快、具有较强的抵抗电磁干扰的能力。以对美国，欧盟，日本和俄罗斯在激光测控通信技术方面的研究成果和发展计划作为基础，瑞典型激光测控通信系统的性能指标进行了简要的总结，对激光控制通讯技术的发展趋势进行整体系统的分析，与我国激光测控通信技术的实际情况相结合整体总结出几点发展的要求。

关键词：测控；激光通信；激光测距；激光通信终端

伴随着航天任务数量的激增，以人造卫星、飞机以及平流层的飞艇，其分辨率的观测系统以及载人飞船之间的对接、应用为导航的卫星以及活性探测等项目，这些在系统中都有新的要求被提出，具体的表现为：（1）对卫星轨道的精确度，卫星的定位和对卫星姿态的测定都提出了更高的要求；（2）对数数据传输的速度方面的提升；（3）对传输距离的要求；（4）对安全防护能力的提升；（5）对测量控制成本的减少以激光作为信息载体的激光通讯系统，对于飞行器轨迹的测量以及地面基站的信息遥控等方面，有效的测量信息及传输的通讯，形成了独立又统一的系统。因为激光有非常好的方向性，能量也可以完全的进行击中，并且其频率的通畅性也非常高，我们可以了解到，激光侧控通信技术有以下几点优势：（1）测量的准确度超过其他通信技术；（2）数据的传输速度快；（3）信息能够传递很远的距离；（4）能够避免电磁对信息的干扰；（5）激光载体整个体积小，重量轻；（6）激光送通信系统建设完成后使用率高；激光声控通信技术在实现数据传输的高效的同时满足对数据或信息的高精准要求，逐渐形成航天测控通信技术的主要发展趋势。全球各航天大国都对激光测控通信技术的发展予以重视，对于激光测控通信技术的发展，都投入了大量的时间和精力。最近几年激光数控通信技术，取得了突破性的进展，激光数控通信技术的实验验证成功，完美的体现出了激光测控通信技术的优势。

一、激光测控通信技术研究现状

（一）美国

1、月球激光通信演示。美国国家航空航天局在2013年的9月份成功研制出了月球激光通信星载终端，此终端同对月球大气和灰尘环境探测器一起发射升空。在2013年的第四季度，十一月份左右，这一星载终端的完成，也就浴室这月球轨道飞行器和地球之间能够实现双向的高速激光通信实验。一个月球激光通信的终端和三个坐落在不同地区的光通信地面终端是LL-CD系统的基础部分。这三个地面终端分别是，月球激光通信地面终端；月球激光通讯光学终端以及月球激光通讯光学地面系统。在实验期间内，参考气象因素和可以进行观测的时间，在提升星仔与地面基站的链接的接通率的同时降低了接通的时间。在2013年的10月18日，地月之间的双向激光通信的时间第一次演示获得成功。LL-CD的实验周期就进行了一个月，这一个月的轨道实验包含了高度精准的跟踪技术，对激光通信在任何环境（天气情况）或在昼、夜下的通讯实验。此次实验证明了LL-CD系统在白天能够以穿透薄云层的方式对数据进行正常的输送；证明了激光通信链路具有高精确度的测定技术，月球与地球之间的双向测距精确度越来越小。2、激光通信中继演示验证美国正在实验的激光通信中继演示验证LCRD，并且有两套激光通信和地球同步轨道的人造卫星，他们分别建立在美国加利福尼亚和夏威夷岛。美国这两个地区作为整个系统的基础底面站。这一GEO卫星是在2017年被发射的，在此前，实验周期就为2年，并在轨告诉激光通信的实验中，这一类型完全可以被DPSK与PPM同时进行操控。这一实验能够证明，DPSK系统在告诉与激光通信和PPM系统进行联合，其主要的技术核心，就是中低码率深孔激光通信技术。3、星间、星地相干激光通信早在2008年，利用BPSK进行调节的机制与灵相差相干的探测系统，德国低地球轨道卫星Terra-SAR-X和美国低地球轨道卫星NFIRE仪器完成了全球性的首次星间相干激光通信实验。其链路的距离在3800到4900之间，通信的速度也达到了5.625Gbit/s。2009年6月17日我2010年3月10日时，对于这一卫星到地面站以及其卫星之间的相干激光通信也进行了实验的证明。这一实验成功，对星间以及星地告诉相干通信可以使用的实用性以及合理性都是完全可行的。在2013年的夏季，Alphasat地球同步轨道卫星在激光通信终端的辅助下升空发射成功。2014年4月，Sentinel1A低地球轨道卫星也将搭有载激光通信终端的卫星发射成功，在同年的10月份，Alphasat地球同步轨道卫星与Sentinel1A低地球轨道卫星成功建立了激光通信连接，和1.8Gbit/s速度的星间相干激光通信实验进行了通信连接。

（二）欧洲数据中继卫星系统

EDRS通信链接与Ka频率作为LEO卫星并服务的基础，为无人机以及地面站提供用户数据的服务，EDRS是能够为EDRS-A和EDRS-B两套通信卫星的负载提供同时的满足，分别具有自己的一套激光通信终端，此通讯终端用于实现星间高速激光通信的连接，连接所跨越最远的距离能够达到45000千米，信息码处理的速度为1.8Gbit/s，在处理过程中出现错误码的概率10的-8次方，整体采用相干通信系统。

二、激光测控通信技术发展趋势

在近些年，我国对于航天技术大力发展，很多企业对于高速的激光通信技术以及精密的激光测量、激光控制和通信一体化等方面，都有深入的分析和研究，并取得了一定的成果。在2011年，我国已经将星地双向激光通信实验实施完成，将“航天激光测控通信系统概念研究”和激光同通信一体化方案的设计成果作为了整个实验的理论基础，在国内率先提出了激光统一侧孔的理念，也与其他的联合单位共同进行发现和研究。背景的遥测技术研究院在2014年，就利用激光告诉通信体制以及精密测距这两个理论作为试验演示的一句，通讯速度也与Gbit/s的级别相差无异，测量距离的精准度可以精确到毫米。但是我国的国内技术和国外相比，还有较大的差距。一些国外相对发达的国家，其技术已经成功的将激光测控通信站的实验进行了实施，并且也对其更进一步的完善，成功的向工程的应用方面进行了拓展。国外的激光侧孔通信技术发展的方向及经验，是可以让我们借鉴和学习的。值得我们借鉴的地方有：

（一）激光测控以及通信技术已经逐渐发展为整体化

激光通信技术为了能够达到高精度测控以及高速通信这两个目的，就需要应用同一套物理设备来完成。这一项技术无论是在导航星间路线连接，还是在地面的测控系统上，都是非常重要的。国外的设计与研究已经将测量和通信的共同进行了同步应用。

（二）星载激光通信终端逐步向小型微型发展

激光通信终端在将距离和通信速度进行连接的时候，因为对工作频率的要求比较高，波束小，在空间的传输上要将损失进行降低，所以小口径的天线更适合发射功率的要求。因为体积小重量轻以及功能消耗较低，这些先天性的优势让微笑卫星通信载荷的应用更为适合。当前微纳光电子器件与集成光学技术不断发展，卫星在激光通讯的终端微小型化的发展上，也提供了保障。

（三）激光通信网络开始空天一体化

很多发达国家在激光终极系统部署的时候，都会考虑建立激光导航和通信。在天基激光通信系统完成后，会将各个国家的卫星与空间站等进行相互的链接和对接，形成空天地合一的激光网络通信。全球的第一个激光重疾卫星系统DERS也是近些年才开始投入应用的。

三、结束语

我国航天任务对于测控系统的应用越来越有更高的要求，无论是高精度测量还是高速路通讯，我国需要对其应用的方面越来越多，激光测控的通信技术已经逐渐的成为了航空飞行棋测控通信的重要方式，无论是在信息带宽还是测量精度方面，亦或是对电磁干扰的抵抗力方面，都有非常优异的表现。

参考文献：

[1]于志坚.我国航天测控系统的现状与发展[J].中国工程科学,2006,（10）.

[2]邢强林,李舰艇,唐嘉,等.激光载波统一系统方案构想[J].飞行器测控学报,2009,（2）.

[3]郭丽红,张靓,杜中伟,等.NASA月球激光通信演示验证试验[J].飞行器测控学报,2015,（1）.

作者:陈凯 单位:国网福州供电公司