国外星地激光通信试验及其链路分析

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1、V01．22No．1航天器工程第22卷第1期!!!量!垒呈兰呈垦垒!三兰些鱼!些兰兰里!些鱼!!!!篁!旦国外星地激光通信试验及其链路分析贾旭李少辉(北京空间飞行器总体设计部，北京100094)摘要介绍了国外典型星地激光通信终端的技术指标及试验验证情况，针对不同的通信终端，对影响激光通信链路设计指标的瞄准、捕获和跟踪方式(PAT)、发射和接收系统设计进行了分析比较，最后对星地激光通信链路余量设计进行了总结，可为我国星地激光通信系统设计提供参考。关键词星地激光通信；链路余量；分析中图分类号：TN927

2、文献标志码：AAnalysisonSatellite。-to‘_GroundLaserCommunicationsExperimentandItsLinkBudgetinForeignCountriesAbstract：Thedesignperformancesanddemonstrationresultsfortheforeigntypicalground—to—satellitelasercommunicationterminals(I。CT)areintroduced．Thelasercomm

3、unicationterminaltechnologiesareanalyzedandcomparedincludingwayofpoint，acquisitionandtracking(PAT)，transmitterdesignandreceiverdesign，allofwhichimpactonthecommunicationlinkbudget．Thesatellite—to—groundlasercommunicationlinkdesignissummarizedinthearticl

4、e．Keywords：satellite—to—groundlasercommunication；linkbudget；analysis1引言星地激光通信技术是未来卫星通信技术的一个重要发展方向，与微波通信相比，具有通信容量大、终端体积小和保密性好等优点。现代卫星对地高速数据传输的需求越来越迫切，目前利用新的调制体制和天线极化复用技术，微波星地数据传输速率可达900Mbit／s，如此高的传输数据速率依然满足不了用户大数据量的下传需求。在卫星体积、重量和输出功率相当的条件下，激光通信技术可以实现几吉比

5、特到几十吉比特每秒的数据传输能力，因此，对于星地激光通信的需求越来越迫切。典型的星地激光通信链路一般包括光学跟瞄子系统、通信子系统和传输信道(含大气信道)3部分。光学跟瞄子系统主要进行瞄准、捕获和跟踪(PAT)，是星地激光通信链路建立与保持的基础，该系统主要考虑的是捕获跟踪策略和对卫星平台的扰动具有补偿能力，一般包括粗瞄准系统和精瞄准系统。通信子系统包括发射部分和接收部分，与链路余量设计相关的因素主要包括：①发送和接收部分：主要有望远镜收发形式、望远镜倍数、发射功率和接收灵敏度等指标。在工程系统设计

6、时，各个指标都是相互制约的，logan，望远镜口径增大必然导致激光通信终端设备体积和重量的增加，可能导致终端不满足卫星的约束条件，通过链路余量设计，可以收稿日期：2012—03—23：修回日期：2012—1015作者简介：贾旭(1976一)，女，硕士，工程师，从事遥感卫星数据传输总体设计工作。Email：castjx@163．corn。CB㈨时‰嘶Lmx$队“JmB第1期贾旭等：国外星地激光通信试验及其链路分析很好地在各个相关项目权衡，得到最优化方案。②传输信道部分：须要考虑星地激光通信的距离和大气

7、对激光通信质量的影响。星地激光通信须要考虑大气层对激光传输的影响，大气对激光具有吸收与散射作用，同时由于大气始终处于运动状态，还必须考虑大气湍流效应。大气湍流效应对激光传输的影响主要包括：光束漂移起伏、光束到达角起伏、光束扩展与分裂，以及光强闪烁。这些湍流效应的共同作用将影响到整个通信系统的性能。所以，星地激光通信链路设计时，对大气的影响要足够重视。而针对大气各种效应，各个终端一般采用多孔径发射技术实现多激光束传输。针对链路余量设计，可以把大气的影响归结为传输路径上能量的损失。本文结合国外星地激光通

8、信发展历程，介绍了国外具有代表性的3个激光通信终端的设计指标和试验情况，并列表进行了对比；通过建立激光链路余量计算公式，对国外的典型激光通信试验的链路设计数值进行了复核与比较；提出了链路设计重点和优化建议。2星地激光通信发展历程世界上首次成功进行卫星光通信试验的是日本工程试验卫星一6(ETSVI)，该试验被命名为“星地激光通信演示验证计划”(GOLD)。该卫星于1994年8月发射，由于助推火箭出现了故障，无法到达预定的地球同步轨道，只好在大椭圆轨道上运行，虽然原定的试