自由空间光通信技术的应用研究

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1、目录一概念1二系统构成1三自由空间光通信传输原理2四空间光通信系统的关键技术24.1光信号的发射与接收技术24.2光束的捕获、跟踪、瞄准技术（ＡＰＴ）34.3设备之间的传输技术34.4防辐照技术3五自由空间光通信研究重点45.1光源45.2发射和接收天线45.3大气信道45.4组网及其他技术45.5保密通信5六自由空间光通信技术的应用56.1浅识FSO56.2FSO在国内外的发展及应用6七自由空间光通信技术的优缺点87.1自由空间光通信技术的优点87.2、FSO存在的主要问题9参考文献10自由空间光通信技术的应用研究一概念自由空间光通信是一项利用激光为载波,在空间进行信

2、息和数据传输的技术。这种技术具有良好的通信特性,在信息高速发展的时代具有广阔的发展前景。自由空间激光通信结合了光纤通信与微波通信的优点，既具有大通信容量、高速传输的优点，又不需要铺设光纤，因此各技术强国在空间激光通信领域投入大量人力物力，并取得了很大进展。二系统构成按照功能不同将空间光通信系统分为光源分系统，发射和接收分系统，瞄准、捕获和跟踪分系统三大模块。1光源分系统在卫星光通信中，通信光源至关重要。它直接影响天线的增益、探测器件的选择、天线直径、通信距离等参量，因此对光源子系统研究十分必要。目前应用于通信系统的激光器有半导体激光器、固体激光器等。半导体激光器可以产生

3、波长为１．０６μｍ的激光，这是大气的一个低此外半导体激光器具损耗窗口，因而可以有效减少激光传输中的衰减。有体积小、转换效率高、成本低并可直接调制的特点，故实际通信系统一般均采用半导体激光器作光源。2发射和接收分系统发射、接收分系统是卫星光通信系统的关键子系统之一。光发射机大致可认为是光源、调制器和光学天线的级联，而光接收机则可看成是解调器的级联。调制的作用是将需要发射的信光学接收天线和探测器号调制到光载波上；探测、解调是通过光电转换器件将光信号转换为电信号。探测部分还包括滤波放大部分，该部分也是卫星光通信系统中必不可少的。3捕获、瞄准和跟踪分系统捕获、瞄准、跟踪分系统是

4、空间光通信系统中非常重要的分系统之重点。激光空间通信与微波等无线通信方一，也是空间光通信的难点、式不同，是近似的点对点通信，所以发送光必须准确地到达接收机探测器上。用调整发送的激光瞄准一个特定方向的过程称之为对准，确定入射光到达目标方向的接收过程称之为捕获，调整整个通信过程中对准和捕获的动态变化过程称之为跟踪。在进行空间激光通信时，要尽量减少信道中的衰减和干扰因素的影响，同时要求通信具有较高的传输码率和较高的保密性能。11三自由空间光通信传输原理大气传输激光通信系统是由两台激光通信机构成的通信系统，它们相互向对方发射被调制的激光脉冲信号（声音或数据），接收并解调来自对方

5、的激光脉冲信号，实现双工通信。图所示的是一台激光通信机的原理框图。图中系统可传递语音和进行计算机间数据通信。受调制的信号通过功率驱动电路使激光器发光，从而使载有语音信号的激光通过光学天线发射出去。另一端的激光通信机通过光学天线将收集到的光信号聚到光电探测器上，然后将这一光信号转换成电信号，再将信号放大，用阈值探测方法检出有用信号，再经过解调电路滤去基频分量和高频分量，还原出语音信号，最后通过功放经耳机接收，完成语音通信。当开关K掷向下时，可传递数据，进行计算机间通信，这相当于一个数字通信系统。它由计算机、接口电路、调制解调器、大气传输信道等几部分组成。接口电路将计算机与

6、调制解调器连接起来，使两者能同步、协调工作；调制器把二进制脉冲变换成或调制成适宜在信道上传输的波形，其目的是在不改变传输结果的条件下，尽量减少激光器的发射总功率；解调是调制的逆过程，把接收到的已调制信号进行反变换，恢复出原数字信号将其送到接口电路；同步系统是数字通信系统中的重要组成部分之一，其作用是使通信系统的收、发端有统一的时间标准，步调一致。四空间光通信系统的关键技术4.1光信号的发射与接收技术4.1.1高功率激光器技术自由空间光通信系统对激光器的要求远高于光纤通信，主要有以下三个要求：（１）波长必须满足空间传输的低损耗窗口，如大气通信的８２０ｎｍ、２８６０ｎｍ和１

7、６００ｎｍ波长区。大多采用半导体激光器或ＬＤ泵浦的Ｎｄ∶ＹＡＧ固体激光器为信号光和信标光光源；（２）高功率激光器，由于空间光通信的传输距离一般都比较远，因此传输过程中存在严重的损耗，如卫星激光通信的发射和接收信号能量一般相差９个数量级，所以在两点间建立可靠的低误码通信线路，必须具有功率足够大的激光器。其中利用光纤放大器也是一个解决方法；（３）窄光束，现有系统一般对于光束的要求１０μｒａｄ，所以高功率的ＬＤ必须以衍射极限光束输出。4．1．2发射机激光器超高速率调制技术目前各国空间激光通信实验的码率都在１Ｇｂ／ｓ以上，而且在不断提高，为了增大