激光通信教学课件

1、,激光通信,概述,信息高速公路的发展需要建立传输速率快、信息量大、覆盖空间广的通信网络系统。随着国家信息基础设施和全球信息基础设施的提出,对通信的要求越来越高,而目前卫星通信所采用的微波通信技术将受到体积、重量、功耗等方面的严格限制不能无限制地提高传输速率与容量。 空间激光通信是指利用光频波段作为信息载体在空域进行的一种通信方式,不仅包括深空、同步轨道()、中轨道()、低轨道()卫星间、地面站之间的激光通信,还包括卫星与地面站之间的激光通信。基本上可分为星间激光通信(星间激光链路),星地间激光通信两类。,激光通信的优点:,与微波相比,光波频率高35个数量级,频率资源丰富得多,可以获得高得多的数

2、据传输速率,能满足大容量传输的要求,并为实现空间多功能任务提供了时间保障。 激光波束比微波波束的发散角小35个数量级,这将大大增加接收端的电磁波能量密度,有利于终端减轻重量、减少体积,降低功耗。 保密和抗干扰性能极好,这对军事应用十分有利。,国际研究进展,美国的研究工作 欧洲的研究工作 日本的研究工作,美国的研究工作,美国美国在空间激光通信方面最早开始进行研究,1971年美国空军提出代号为405的激光通信计划,具体由赖特帕特森实验室实施,其目标是实现星间激光通信。1975年该计划移交给空间与导弹系统组织管理,后来由于资金的限制,将该计划缩减至大气飞行器实验。 1981年在美国新墨西哥州白沙导弹

3、靶场进行了飞机与地面站之间的激光通信演示实验,实验持续了三个月,采用倍频激光器(波长532),通信速率最高为1/,通信距离最高达100,同时进行的空间激光雷达演示实验,也获得了成功。从80年代中期到1994年间,美国空军支持麻省理工学院林肯实验室建起的高速星间激光通信实验装置,是世界上首次采用外差式接收方式的激光通信实验系统,其目的是验证相干激光通信的可行性。,1998年喷气推进实验室对其承担的光通信演示计划()进行终端系统级装配与性能测试,用激光通信终端测定站测得终端的装配与实验结果,尤其着重测量其精密跟瞄特性。喷气推进实验室利用系统进行地面站之间一系列实验,用以理解大气效应与获得系统的操作

4、经验。喷气推进实验室地面实验的目的是要论证几种关键技术:精密光束瞄准,宽带宽标捕获与跟踪。,1994年美国弹道导弹防御组织()通过美国空军和战略防御司令部()签署一项计划,投资开发12/高数据率激光通信终端,并计划用于1998年升空的空间技术研究载体二号(2)上,其目的是演示低地球轨道卫星的激光上行和下行链路,实验成功将证实卫星交叉链路和低地球轨道卫星上下行链路的激光通信技术进入实用阶段。 由弹道导弹防御组织与空间和导弹防御司令部共同资助的2星地激光通信计划的两个地面实验终端已加工装配成功, 公司报道了2地面终端之间水平激光通信的实验结果。实验中通信距离为13 8,在所罗戴德山与德尔码高地之间

5、,传输数据率为155/.,欧洲的研究工作,欧洲空间局在空间激光通信方面不仅研究早,而且制定了一系列研究计划,从70年代起,对空间激光通信的有关技术进行了有步骤、周密细致的研究。如进行基础技术研究的计划,星间激光通信系统及技术研究的计划。,从1989年起开始实施半导体激光星间链路实验)计划。计划将于2000年运行,该计划将使欧洲空间局在民用卫星激光通信方面处于领先地位。该计划中还包括与日本合作进行空间激光通信实验,日本用卫星上的激光通信终端与终端进行通信实验。1994年欧洲空间局通过了设备级的方案评审,1996年进行了子系统的性能测试,该项计划的目的是发展星间激光通信系统的全部单元技术及元器件,

6、建立和测试星间激光通信系统。,据系统的研制者宣称,尽管第一代系统还没有完全完成,但根据所取得的经验,已经可以设计出比第一代系统更小型,更高效,成本更低的新一代实用化卫星间光通信端机,并很有可能在不久的将来,用于全球移动通信系统中的卫星间数据传输。鉴于此,他们断言,系统所取得的成就是光波实用于自由空间数据交换的一个重要的里程碑 。,日本的研究工作,日本邮电部的通信研究实验室,从70年代初开始着手空间光通信技术的相关工作,目前主要从事卫星的光学跟踪和地面与卫星间激光传输技术的研究。 1987年开始研制空间光通信基础实验系统,先后制作了面包板模型()、结构动态模型()、热动态模型()、系统工程模型(

7、),1990年开始制作工程飞行模型()。,三、典型的激光通信系统,光源系统 发射-接受系统 瞄准、捕获、跟踪子系统 位置敏感部件,发射-接收系统,发射、接收子系统是卫星光通信系统的关键子系统之一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。,光学天线,驱动源 1调制并驱动半导体激光器1,发射的信号光束经准直望远镜1准直后由反射镜1反射到0,并发射到对方的接收系统;驱动源 2调制并驱动半导体激光器2,发射的信标光束经准直望远镜2准直后由反射镜2反射到0,与信号光一起发射出去,方向沿着主天线轴线。发射光路与接收光路构成收发共轴隔离系统,隔离度为100%。,调制的作用是将需要发射的信号调制到光载波上；探测、解调是通过光电转换器件将光信号转换为电信号探测部分还包括滤波、放大部分，该部分也是卫星光通信系统中必不可少的,瞄准、捕获、跟踪子系统,瞄准、捕获、跟踪子系统是卫星光通信系统中非常重要的子系统之一光信号的瞄准、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另外，卫星光通信系统中，还有一些辅助器件、伺服系统、控制系统等,为电路的放大倍数;是的负载电阻;是的极间电阻;、和分别是/转换