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江苏激光产业创新联盟|空间激光通信技术发展现状及展望( 二 )


（2）欧洲的主要国家和地区也较早地开展了空间激光通信技术的研究 。 具体有：欧洲航天局（ESA）在2001年实施半导体激光星间链路试验（SILEX）项目 ， 首次验证了低轨道（LEO）卫星至地球同步轨道（GEO）卫星间的通信；2008年 ， 德国航空航天中心（DLR）利用Tesat开展了GEO-LEO远距离空间激光通信在轨原理试验验证 ， 传输距离为45000km ， 天线口径为135mm ， 采用的是1.06μm载波的二进制相移键控（BPSK）相干技术[9] ， 最高速率达5.625Gb/s ， 误码率小于10–8；2015年 ， 德国建立了车载自适应光学通信地面站 ， 实现了车载自适应激光通信终端与LEO的高速率传输 ， 传输速率为5.625Gb/s ， 同时实现了与地球同步卫星Alphasat激光通信终端之间带宽为2.8125Gb/s、有效速率为1.8Gb/s的双向激光通信[10,11] 。
（3）日本已经开展了一系列星地激光通信演示验证 ， 如工程试验卫星（ETS-VI ， 1995—1996年）计划和光学在轨测试通信卫星（OICETS ， 2003/2006年）计划都完成了激光通信测试 ， 实现了世界首次LEO卫星与移动光学地面站间的激光传输[12,13] 。 另外 ， 日本的相关研究已逐步向激光通信终端小型化、轻量化、低功耗方向发展 ， 如通过空间光通信研究先进技术卫星计划（SOCRATES） ， 并在2014年完成了小型光学通信终端（SOTA）对地激光通信在轨测试[14] ， SOTA总质量仅为5.8kg ， 最远通信距离达1000km ， 下行通信速率为10Mb/s 。
江苏激光产业创新联盟|空间激光通信技术发展现状及展望
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（二）国内发展现状
我国在空间激光通信技术领域的研究起步较晚 ， 但近年来成果显著 ， 如在通信系统技术和端机研制方面取得重大突破 ， 在激光通信单元技术领域取得不少研究成果 。
我国空间激光通信技术的研究进展如下 。 2007年 ， 我国首次完成了动中通空间激光通信试验 ， 突破了双动态光束瞄准跟踪技术 ， 传输速率达300Mb/s ， 并逐渐将速率提高到1.5Gb/s、2.5Gb/s、10Gb/s ， 陆续开展了空地、空空等链路的演示验证[15]；2013年完成了两架固定翼飞机间远距离激光通信试验 ， 传输速率为2.5Gb/s ， 距离突破144km ， 超过了欧洲、美国等国家和地区同类型演示验证的最远距离[16] 。 2011年 ， 通过“海洋二号”卫星开展了我国首次星地激光通信链路的数据传输在轨测试[17] ， 最高下行速率为504Mb/s 。 2017年 ， 利用“墨子号”量子科学实验卫星开展了我国首次星地高速相干激光通信技术在轨试验[18] ， 最高下行速率达到5.12Gb/s 。 2017年 ， 搭载“实践十三号”高通量卫星的星地激光通信终端开展的我国首次高轨卫星对地高速激光双向通信试验取得成功[19] ， 40000km星地距离最高速率为5Gb/s 。 这些空间通信试验在系统设计、捕获跟踪技术和光波的大气传输特性等方面为我国空间激光通信技术的研究提供了宝贵的经验 。
三、空间激光通信技术关键技术分析
随着激光、光学和光电子元器件技术的发展进步 ， 空间激光通信技术不断取得突破 。 按照系统功能划分 ， 空间激光通信技术主要分为捕获跟踪、通信收发、大气补偿和光机电设计4类技术 ， 具体介绍如下 。
江苏激光产业创新联盟|空间激光通信技术发展现状及展望
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（一）捕获跟踪技术
空间激光通信技术借助光源的小发散角波束提供高功率增益 ， 这对光束的捕获跟踪提出了比微波通信更高的要求 。 实现快速、大概率、大范围的光束捕获和稳定的高带宽、高精度光束跟踪是空间激光通信瞄准、捕获、跟踪技术研究的核心目标 。 其中 ， 光束捕获采用激光瞄准技术和粗/精跟踪相独立的体制 ， 即粗跟踪由大视场相机和伺服转台组成闭环 ， 提供大范围低频带伺服控制；精跟踪由高帧频相机和快速振镜组成闭环 ， 提供小范围高频带伺服控制 ， 从而有效抑制因光束大范围运动和高频率抖动引起的光束扰动 。


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