卫星光通信简介.ppt

,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,卫星光通信,光通信是人们经过多年探索并于近几年取得突破性进展的新技术。而卫星光通信更是一种崭新的空间通信手段。利用人造地球卫星作为中继站转发激光信号，可以实现在多个航天器之间以及航天器与地球站之间的通信。,什么是光通信？,光通信是一种以光波作为传输媒质的通信方式。光波和无线电波同都属于电磁波，但光波的频率比无线电波的频率高，波长比无线电波的波长短。,4,通信波段划分及相应传输媒介,频率,Hz,10,1,10,7,10,2,10,6,10,3,10,5,10,4,10,4,10,5,10,3,10,6,10,2,10,7,10,1,10,8,10,0,10,9,10,-1,10,10,10,-2,10,11,10,-3,10,12,10,-4,10,13,10,-5,10,14,10,-6,10,15,自由空间波长（,m,）,电力、电话,无线电、电视,微波,红外线,可见光,双铰线,同轴电缆,光纤,卫星,/,微波,AM,无线电,FM,无线电,频段划分,传输介质,光通信的分类,无线,光通信也,称自由空间,光通信,（,Free,Space,Optical Communication,），,简称为,FSO,。,FSO,技术具有高带宽、部署迅速、费用合理等优势。FSO技术以激光为载体，用点对点或点对多点方式实现连接。虽然FSO通信不需要光纤而是以空气为介质，但由于其设备以发光二极管或激光二极管为光源，因此又有,“,无线光纤,”,之称。,卫星一 地面,卫星一 卫星,空间域,卫星光通信,工作原理,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,光源子系统,卫星光通信系统,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光学接收天线和探测器、解调器,的级,联。,发射、接收子系统,光信号,的瞄准、捕获、跟踪是卫星光通信的难点、重点。信标子系统也包括,在此部分中,瞄准、捕获、跟踪子系统,光源子系统,前 言,美国实验室、加利福尼亚大学等都对光源系统进行了各方面的研,究,在（低轨道卫星低轨道卫星）和,（低轨道卫星静止轨道卫星）链路中，波长都采用,范围的激光器，因为该范围的探测器件工作在峰值，,量子效率高、增益高。而在星地链路中的地面装置中采用倍频：激光器或氩离子激光器,作为光源，波长在,。该波段具有较强的抗干扰能力，能穿过大气而不使通信中断。而从抗太,阳的干扰因素来看以及随着半导体激光器的发展，将来卫星光通信采用的光源有向更短波段发展的,趋势。半导体激光器泵浦：激光器由于不仅具有良好的相干性，而且可以做得体积很,小，因而也是将来星上激光器的一个良好选择,发射、接收,子系统,-,天线,卫星光通信系统的发射、接收天线实际上就是一个光学望远镜，天线的,型式,根据具体情况可采用卡塞格伦型反射式天线或透射式天线。一般说来，在现在选用的卫星,光通信波段,范围，对于孔径较大的天线，如系统的,天线，可采用反射式天线，这有助于降低天线的制造难度，提高天线的,可靠性,、减轻重量；而在天线孔径较小时，则选用透射式天线，如小光学用户终端（）的,天线,系统。,由,于,天线的孔径直接影响着天线的增益，孔径越大，增益越大，因此从,提高,天线增益的角度来说，卫星光通信系统的天线孔径应当选取大一些。但是，孔径增大，天线的,体积,、重量也要增加，故星上天线孔径也不能过大。一般卫星光通信系统的星上天线孔径在,左右，如系统装于卫星上的天线孔径为，,装于,上的为；研制的卫星光通信系统接收天线孔径为,；日本进行空地光通信实验的卫星光通信系统星上天线孔径为,美国,的卫星光通信系统中收发天线不共用，且用两个,的通道实现 的通信数据率，而欧、日是收发天线共用，单通道,通信,。收发不共用的优点是可降低损耗，缺点是使终端体积增大，而收发共用的优点是光终端,体积小,，但由于增加分光镜等分光器件，使光能的损耗增加,瞄准、捕获、跟踪子系统,捕获、跟踪子系统是卫星光通信系统中的一个相当重要的子系统，它关系,到卫星光通信的成败。因此各国在对卫星光通信系统的研究中，都在捕获、跟踪子系统的研究方面,投入了大量的人力、物力。各研究机构和大专院校也都提出了一些捕获、跟踪系统的方案，其中的,相当一部分做了实验室模拟。这些方案在探测时的扫描方式以及探测、跟踪传感器的选用等方面都,有所不同，应该说是各有优缺点。但被实际（如欧空局的系统以及日本已实验成功的,空地激光链路）采用的捕获、跟踪方案是基本一致的。,卫星,激光通信的优点,大信道容量,低功耗,重量轻,高度的保密性,卫星激光通信的,难,点,卫星光链路的空间瞄准,捕捉和跟踪,存在背景光的影响,终端之间有相对运动,卫星之间的通信距离远,卫星光通信的关键技术,激光器技术。,捕获、跟踪与瞄准技术,精密天线收发技术。,调制、接收技术。,震动抑制技术。,19,应用：蓝绿光通信,1981,年,5,月，美国在圣地亚哥海域上空，采用,530nm,的激光束从一架飞行在,1.3,万米高度的飞机与巡航在,300,米深度的核潜艇成功的实现无线光通信。,通过星载激光系统、机载激光系统、陆基反射镜系统还可以实现潜艇与卫星、潜艇与飞机、潜艇与地面指挥所的实时保密通信。,美国当前正在研制的深潜航母就计划采用先进的蓝绿光通信与中微子通信相结合的通信方式。,20,蓝绿光通信,它是一种使用波长介于蓝光与绿光之间的激光，在海水中传输信息的通信方式，是目前较好的一种水下通信手段。,利用,450,570nm,的激光束在深海里进行通信,波长,459 nm,的蓝绿光在大气中的透过率是,65%,，在,2000,米深度的海水中，其透光程度平均可达,90,95,。,空间光通信发展展望,近年来的商业需求和空间信息公路、信息高速公路的发展,对卫星间激光链路技术要求更加迫切,这些已经作为美国、欧洲、日本等国发展该方面技术的动力,并正向商业应用转化。,现在空间光通信系统发展的趋势主要是,:(1),空间光通信系统的应用正在向低轨道小,卫星,星座星间激光链路发展,;(2),激光星间链路用户终端向小型化、一体化方向发展,;(3),低,轨道,小卫星星座激光链路正进入商业化、实用化发展阶段。,在空间光通信研究的前期,主要是以中继星为应用背景。然而,随着小卫星星座的迅猛,发展,国外对第二代中继星的兴趣已经下降,对小卫星星座的兴趣大大增加。空间光通信研究,工作,已经开始逐渐从以中继星为主要背景转到以小卫星星座为应用背景上。可以预见,研究,重点,将会逐渐转移到小卫星星座星间激光链路的研究上。基于此点,对小卫星星座星间激光,链路,的研究工作将在空间光通信的研究中占有重要地位。,22,The,end,T,hank,you,!,