引用本文:

乔元哲,李铁龙,李海昊,等. 高速星间激光通信终端设计与验证[J]. 光通信技术,2022,46(4):17-21.

高速星间激光通信终端设计与验证

乔元哲1,李铁龙1,李海昊1,黄 印1,于思源2,杨 健1*

(1.北京遥感设备研究所,北京 100039;2.哈尔滨工业大学,哈尔滨 150001)

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摘要:星载空间激光通信终端具备设备体积小、通信速率高和保密性强等优势,是未来大规模星座组网的首选方案。为进一步提升激光通信终端的通信速率和实用性,采用非相干激光通信技术、无信标捕获技术、前置光放大与单模光纤耦合技术和3D打印导热一体化技术,研制了基于摆镜架构的同轨、异轨2种型号激光通信终端,并完成了动态捕获跟踪、高速通信试验和环境适应性试验。同轨、异轨2种型号产品重量分别为12 kg和14 kg,在1 mrad不确定区域内平均捕获时间为12.4 s,通信速率可达10 Gb/s@4000 km,经过前向纠错编码后误码率小于10-7。

关键词:卫星通信;空间激光通信;非相干高速通信;无信标捕获;摆镜式终端

中图分类号:TN929.12 文献标志码:文章编号:1002-5561(2022)04-0017-05

DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2022.04.003

0 引言

  空间激光通信是一种利用激光束作为载波在自由空间进行图像、语音和信号等数据信息传递的通信方式。与传统微波通信相比,空间激光通信具有传输速率快、通信容量大、抗电磁干扰性能强、保密性高且通信终端体积小、功耗低和实用性好等优点[1-4],美国已经明确把空间激光通信作为星间组网方式[5-6]。

  随着激光终端进一步向实用化发展,无独立信标光捕获技术[7](简称无信标捕获技术)和高速非相干通信技术已经成为研究重点。无信标捕获技术采用信号光直接捕获,取消了传统的信标激光器和收发光路,可有效降低系统复杂度。由于信号光波束宽度仅有几十μrad,在捕获过程中容易受到在轨动态环境影响,捕获难度大,目前国内尚无在轨成功应用的报道。非相干激光通信体制简单可靠、成本较低,有利于激光通信终端的大规模商业化应用,但是受限于其探测灵敏度,通信速率有待进一步提升。

    本文根据某项目星间激光通信终端高速率、低成本和轻小型化的要求,采用非相干激光通信技术研制同轨、异轨2种型号激光通信终端,并在等效试验中验证动态环境无信标捕获技术、10 Gb/s非相干高速通信技术。

4 结束语

  本文从技术途径、系统设计和地面等效测试3个方面,对北京遥感设备研究所研制的高速星间激光通信终端进行了介绍。终端分为同轨、异轨2种型号,单机重量分别为12 kg和14 kg,光学口径为80 mm,通信速率可达10 Gb/s@4000 km,适用于低轨互联网星座组网。系统采用粗瞄、精瞄单元相结合的无信标捕获方案,在动态条件下,1 mrad不确定区域的平均捕获时间为12.4 s,跟踪精度大于4 μrad(3σ准则)。当前,产品已通过了力学、热真空、电磁兼容试验,相关技术可为互联网星座建设提供有效支撑。