search
尋找貓咪~QQ 地點 桃園市桃園區 Taoyuan , Taoyuan

空間光通信的特點及關鍵技術

信息時代的發展需要建立傳輸速率快、信息量大、覆蓋空間廣的通信網路系統。採用波長極短的光波進行空間衛星的通信,是實現高碼率通信的最佳方案,甚至被認為是唯一手段,尤 其是在空間衛星日益擁擠的今天,這一點已經取得了通信領域許多專家學者的共識。

空間光通信關鍵技術

1)高功率光源及高碼率調製技術。

在空間光通信系統中大多可採用半導體激光器或半導體泵浦的YAG固體激光器作為信號光和信標光光源,其工作波長為018~115(m近紅外波段。信標光源(採用單管或多個管芯陣列組合,以加大輸出功率)要求能提供在幾瓦量級的連續光或脈衝光,以便在大視場、高背景光干擾下,快速、精確地捕獲和跟蹤目標,通常信標光的調製頻率為幾十赫茲至幾千赫茲或幾千赫茲至幾十千赫茲,以克服背景光的干擾。信號光源則選擇輸出功率為幾十毫瓦的半導體激光器,但要求輸出光束質量好,工作頻率高(可達到幾十兆赫至幾十GHz)。具體選擇視需要而定。據報道,貝爾實驗室已研製出調製頻率高達10GHz的光源。

2)高靈敏度抗干擾的光信號接收技術。

空間光通信系統中,光接收端機接收到的信號是十分微弱的,又加之在高背景雜訊場的干擾情況下,會導致接收端S/N<1。為快速、精確地捕獲目標和接收信號,通常採取兩方面的措施:一是提高接收端機的靈敏度,達到nW~pW量級;其次是對所接收信號進行處理,在光通道上採用光窄帶濾波器(干涉濾光片或原子濾光器等),以抑制背景雜散光的干擾,在電通道上則採用微弱信號檢測與處理技術。

3)精密、可靠、高增益的收、發天線。

為完成系統的雙向互逆跟蹤,光通信系統均採用收、發合一天線,隔離度近100%的精密光機組件(又稱萬向支架)。由於半導體激光器光束質量一般較差,要求天線增益要高,另外,為適應空間系統,天線(包括主副鏡,合束、分束濾光片等光學元件)總體結構要緊湊、輕巧、穩定可靠。國際上現有系統的天線口徑一般為幾厘米至25厘米。

4)快速、精確的捕獲、跟蹤和瞄準技術。

這是保證實現空間遠距離光通信的必要核心技術。ATP系統通常由以下兩部分組成:

(1)捕獲(粗跟蹤)系統。它是在較大視場範圍內捕獲目標,捕獲範圍可達±1°~±20°或更大。通常採用陣列CCD來實現,並與帶通光濾波器、信號實時處理的伺服執行機構完成粗跟蹤即目標的捕獲。粗跟蹤的視場角為幾mrad,靈敏度約10pW,跟蹤精度為幾十μrad;

(2)跟蹤、瞄準(精跟蹤)系統。該系統的功能是在完成了目標捕獲后,對目標進行瞄準和實時跟蹤。通常採用四象限紅外探測器QD或Q-APD高靈敏度位置感測器來實現,並配以相應的電子學伺服控制系統。精跟蹤要求視場角為幾百μrad,跟蹤精度為幾μrad,跟蹤靈敏度大約為幾nW。

5)大氣通道的研究。

在地對地、地對空的激光通信系統的信號傳輸中,涉及的大氣通道是隨機的。大氣中的氣體分子、水霧、雪、霾、氣溶膠等粒子,其幾何尺寸與半導體激光波長相近甚至更小,這就會引起光的吸收、散射,特別是在強湍流的情況下,光信號將受到嚴重干擾甚至脫靶。因此,如何保證隨機通道條件下系統的正常工作,對大氣通道的工程化研究是十分重要的。自適應光學技術可以較好地解決這一問題,並已逐漸走向實用化。 此外,完整的衛星間光通信系統還包括相應的機械支撐結構、熱控制、輔助電子學等部分及系統整體優化等技術。

這些技術的難度較大,但也是十分重要的。總的來講,空間光通信是包含多項工程的交叉科學研究課題,它不僅在空間要完成一系列重要的技術功能,還需要有步驟地從地對地、地對空、空對空獲取許多試驗數據和技術考驗。 值得提出的是,空間光通信的發展是與高質量大功率半導體激光器、精密光學元件、高質量光濾波器件、高靈敏度光學探測器及快速、精密的光、機、電綜合技術的研究和發展密不可分的。近幾年來光電器件、激光技術、電子學技術的發展,為空間光通信奠定了物質基礎,在人力、物力上也作了準備,更由於信息社會發展的需要,空間衛星間激光通信已是指日可待了。

一網打盡系列文章,請回復以下關鍵詞查看:
創新發展習近平 | 創新 | 創新創業 | 科技體制改革 | 科技創新政策 | 協同創新 | 成果轉化 | 新科技革命 | 基礎研究 | 產學研 | 供給側
熱點專題軍民融合 | 民參軍 | 工業4.0 | 商業航天 | 智庫 | 國家重點研發計劃 | 基金 | 裝備採辦 | 博士 | 摩爾定律 | 諾貝爾獎 | 國家實驗室 | 國防工業 | 十三五 | 創新教育 | 軍工百強 | 試驗鑒定 | 影響因子 | 雙一流
預見未來預見2016 | 預見2020 | 預見2025 | 預見2030 | 預見2035 | 預見2045 | 預見2050 |
其他主題系列陸續整理中,敬請期待……

「遠望智庫」聚焦前沿科技領域,著眼科技未來發展,圍繞軍民融合、科技創新、管理創新、科技安全、知識產權等主題,開展情報挖掘、發展戰略研究、規劃論證、評估評價、項目篩選,以及成果轉化等工作,為管理決策、產業規劃、企業發展、機構投資提供情報、諮詢、培訓等服務,為推動國家創新驅動發展和軍民融合深度發展提供智力支撐。



熱門推薦

本文由 yidianzixun 提供 原文連結

寵物協尋 相信 終究能找到回家的路
寫了7763篇文章,獲得2次喜歡
留言回覆
回覆
精彩推薦