引用本文:

张哲宁,张鹏,于皓泽. 基于中继系统的极地激光通信研究[J]. 光通信技术,2021,45(7):56-58.

基于中继系统的极地激光通信研究

张哲宁,张 鹏*,于皓泽

(航天工程大学,北京 101416)

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摘要:极地区域通信一直是卫星通信领域的难点,为了满足极地区域通信需求,设计一种基于极轨激光通信卫星和地球同步轨道激光中继卫星的极地激光通信系统,分析了卫星通信窗口计算分析模型,描述了系统通信链路的应用与应用场景,对极地通信窗口进行仿真计算并给出了窗口分布列表,经计算日均通信窗口可达3.4~3.96 h。

关键词:极地通信;激光通信;卫星通信;通信中继;激光中继

中图分类号:TN914 文献标志码:文章编号:1002-5561(2021)07-0056-03

DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2021.07.013

0 引言
       随着太空科技的不断发展,越来越多的航天器发射入轨,太空变得越来越“拥挤”,紧缺的轨频资源使得通信信道拥堵不堪,微波信号在空间传输时很容易受到干扰。激光通信以光为信息载体,具有传输速度高、信息容量大和抗干扰能力强等特点,被认为是绝佳的航天通信手段,被广泛应用于军、民航天领域,不失为一种缓解轨频资源紧缺的技术方案,世界航天大国纷纷开展相关实验,将激光通信技术用于太空信息传输。
   激光中继系统可使激光光束传播方向发生改变,在激光通信领域有很大的应用价值。目前,激光通信卫星搭配中继卫星实现空间激光通信的相关技术实验已有一定成果。激光在真空中传输时,虽不必考虑大气影响,但真空衍射极限所导致的光束发散对激光的跟踪、瞄准和捕获造成很大困难。假定中继卫星位于地球同步轨道,激光光束在中继卫星处形成的光斑面积可达几十平方米,导致目标处的功率密度较低。由于地球曲率对激光通信的影响,现已成功实验的激光通信中继实验地面站主要设置在低纬区域,高纬度区域考虑较少。随着两极冰川融化特别是北极的开发利用,两极地区已成为世界大国新的竞争舞台,但就现有激光通信卫星而言,即使与中继卫星配合使用仍无法满足两极区域激光通信的需求。
   为此,本文设计一种基于极轨激光通信卫星和地球同步轨道激光中继卫星的极地激光通信系统,以满足极地地区激光通信需求。

3 结束语
       本文采用激光通信中继卫星与极轨激光通信卫星配合,可为北极点附近相关区域每日提供约4 h时长的激光通信窗口,为南极点附近相关区域每日提供约3.5 h时长的激光通信窗口,有效弥补了高纬度区域(纬度大于60°)的卫星通信问题。但是,激光通信受天气等影响较大,实际通信窗口仍充满不确定性。随着未来通信卫星相关技术发展,若可实现极点通信发射端发射电磁信号至极轨激光通信卫星,卫星处理电磁信号将其转换为激光信号,再进行空间传输,将有效避免天气等不确定因素对通信窗口的影响,充分发挥微波通信和激光通信的优势,将通信系统性能发挥到极致。