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不断发展的全天候激光卫星通信世界

2023-12-01 11:42:27  来源:激光网原创    

  使用光束进行通信并不是一个新想法,即使在《星际迷航》、《星球大战》和其他类似的幻想故事之外也是如此。科学家和科幻作家亚瑟·克拉克预测了光束通信,当时现代卫星通信只不过是一个梦想。信号1975 年,该杂志发布了一篇关于激光通信或激光通信设备的文章。光通信技术的演示发生在 90 年代中期。例如,日本通信研究实验室于1994年在日本工程试验卫星-VI上成功演示了激光通信实验,这是第一颗用于说明空对地激光通信的专用激光通信卫星。

  对激光通信产生这种兴趣的原因是,我们今天所知道的光通信系统与目前使用的 UHF、SHF 和 EHF 系统相比具有几个优势,包括更高的数据速率、更好的信噪比由于更高的方向性、无干扰、 更小的天线,更低的整体功率要求,更高的频谱可用性,更难以拦截和干扰的窄波束,并且建立网络不需要国际电信联盟的协调。

  如前所述,容量存在一个主要优势。光谱比射频光谱大几千倍;因此,当射频从大约 300 赫兹到 300 GHz 时,光谱从大约 400 到 800 太赫兹。频率如此之高,需要如此多的零点,以至于光波通信系统以纳米为单位,800 nm 是典型的波长/频率。虽然实现的数据速率取决于信号编码方案,但一般来说,它们可能比射频通信中的速率高出一千倍。

  多年来,卫星激光通信一直是国防部规划的一个特点。那些参与命运多舛的转型卫星通信计划的人认为,有必要将TSAT的轨道激光卫星网络与国防信息系统网络的全球光纤网络连接起来,后者将太空中的轨道激光环连接到全球光纤的地面全球激光环。解决方案是将地球站部署在地理上分散的温和天气地点,从而避免雨、毛毛雨、云、雾和灰尘的消散影响。

  该解决方案说明了当今已知的光通信系统的缺点。这些系统具有卫星所需的更高指向精度,增加了复杂性和可用性风险,是太阳光接收器的噪声源,如前所述,在雨、毛毛雨、云、雾和灰尘中,主要的干扰因素。

  尽管存在大气障碍,但一些实验和系统正在使用空对地激光器。自 2022 年初以来,美国宇航局的激光通信中继演示已经展示了来自地球同步轨道的双向激光通信。

  巨型卫星星座的绘图板、黄铜板、原型和初始发射具有多个依赖于激光的网络。加拿大的Telesat,其光速星座,可能是激光通信网络的缩影,正在相似和不同的轨道上发展卫星到卫星的连接。尽管该系统一直受到财务困难的困扰,但设计变更和投资增加似乎正在使其重回正轨。SpaceX的Starlink卫星互联网服务已经发射了25多颗卫星,去年证实使用激光卫星为几个地区提供互联网连接,尽管这也只是空对空。低地球轨道卫星有超过 5000 种系统和概念,为激光终端制造商提供了大量的提案和合同请求。

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