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另外,空间激光通信还具有抗干扰能力强、抗截获能力强、安全保密性好、体积小重量轻功耗低等优点,通信的质量更高。
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空间激光通信系统是极其复杂的。它包括了光源系统,发射和接收系统,信标系统,捕获、瞄准、跟踪(APT)系统以及其它辅助系统。其中,捕获、瞄准、跟踪(APT)分系统是空间激光通信系统所特有的系统。
APT分系统主要负责空间激光通信链路的建立和保持,由于空间激光通信终端的光束发散角非常小,为微弧度量级,这对APT系统提出了非常高的要求,跟瞄精度达到1μrad左右。这个精度被日本学者喻为在日本东京观测富士山上一支移动的绣花针的针尖。
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星间激光通信链路的信道是自由空间信道,没有大气、气象等因素的干扰,是激光通信最合适的应用场合,因此各国都选择星间激光通信链路作为激光通信在空间应用的切入点。
相比星间激光通信链路,星地激光通信的激光信号需要经历自由空间、大气湍流随机信道,云、雨、雾霾等气象条件的影响,实现高可靠和高可用度应用难度大。
但空间的数据最终都要向地面传递,因此星地激光通信技术是目前空间激光通信的瓶颈,也是目前研究的重点和难点。
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技术难度不是一般的高啊。不确定区域大,光束束散角小,平台振动以及通信平台之间的相对运动影响都是攻克这一技术的难点。
大气干扰对激光通信影响很大。激光束通过大气传输时存在损耗、湍流、激光波前畸变等情况,不仅影响通信速率和通信效果,严重时甚至无法通信。
空间激光通信的传输长度动辄以几千千米、几万千米计算,激光在这么长距离的传输中会产生很大的能量损失,接收的光信号往往十分微弱,此外,背景光(太阳、月亮、星体等)也将产生很强的干扰,大大增加了光信号的接收难度。
激光的特性决定了空间激光通信适合点与点之间的安全通信,组网时需要大面积覆盖也比较困难。
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EDRS计划涉及1个地面站、2个低轨卫星(Sentinel1A、Sentinel 2)和3个高轨卫星(Alphasat、EDRS-A和EDRS-C),由近地轨道卫星传输数据到静地轨道的中继卫星,再经过中继卫星传输,将数据传回地面。
欧空局拟在2017年中期发射EDRS-C,这一卫星仅提供激光链路。并在2020年补充第三颗卫星“全球网”(GlobleNet),从而实现全球数据中继服务。
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2017年,美国宇航局将发射“激光通信中继演示卫星”(LCRD),通信链路包括GEO(地球同步轨道)卫星与地面站之间的双向激光通信链路,地面站—GEO—地面站的中继激光通信链路,期望在地球同步轨道与地面站间实现高达2.88Gbps的通信速率。
同时,美国在激光通信组网方面提出了一系列计划。2010年提出的转型卫星通信计划(TSAT),将星地通信、星间通信、星空通信、空空通信等纳入通信组网中,实现已有的微波通信向激光通信转型。
2014年,美国开始研究“卫星一地面全球混合全光学网络通信技术”,基于中地球轨道激光通信系统,集成空间光通信与地面和海底光纤通信网络,以期实现4.8Tbit/s的星间激光通信速率和200Jbit/s的星地双向激光通信。
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日本计划在2019年发射“激光数据中继卫星”,将当前数据中继系统的微波链路替换为激光链路,预设通信速率达2.5Gbit/s。
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2016年8月16日,全球首颗量子科学实验卫星“墨子号”成功发射,有效载荷之一为空间高速相干激光通信分系统。