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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( 五 )


深空探测是人类对月球、远距离天体或空间开展的探测活动 ， 是了解太阳系及宇宙 ， 揭示宇宙起源与演变 ， 拓展人类生存空间的必然选择 。 月球探测工程的实施拉开了我国深空探测的序幕 ， 随后又实施了火星探测工程[35,36] 。 水下无线光通信作为一种新兴通信技术 ， 具有容量大、带宽高、保密性好、抗干扰能力强等优势 ， 已成为世界大国竞相发展的一项重要通信技术[37] 。 利用可见光进行数据通信的无线光传输技术兼具照明、通信和控制定位等功能 ， 易与现有基础照明设施相融合 ， 且符合国家节能减排的战略思想 ， 逐渐成为未来智能时代超高速泛在光联网的主要宽带传输方法 。 另外 ， 在一些无法铺设光缆的特殊应用场合 ， 如海岛之间、城市楼宇间、野外复杂环境等 ， 空间激光通信技术可起到光纤通信技术所无法替代的作用 。
（四）一体化
由于激光在高速通信和精密测距方面具有优势 ， 近年来激光测距与通信一体化技术越来越受到重视 。 激光测距与通信一体化设计是以高速通信为主 ， 兼顾精密测距 ， 使用同一束激光和硬件平台实现测距和信息传输 ， 进而实现同一套设备完成测距和通信的双重功能 。 2013年NASA的LLCD系统已经成功实施月地高速激光通信与高精度测距的在轨演示验证[38] ， 测距精度达到3cm；2014年 ， 北京遥测技术研究所完成了基于相干通信的测距和高速通信一体化的设计[39]；2015年 ， 长春理工大学提出了空间目标测距、成像、通信一体化方案[40] ， 其中激光通信信标光发射/接收和激光测距光发射/接收共用一个光学天线 。
此外 ， 激光和微波通信技术的融合 ， 也是目前学术研究的热点 ， 主要包括激光与微波收发融合、数据处理融合、微波信号的激光调制和产生等 。 目前 ， 微波光子技术逐渐发展成熟 ， 并已应用于雷达信号的激光传输和处理 ， 未来该技术也将在激光与微波融合通信系统中应用 。
（五）多谱段
随着多种光谱段激光技术的进步 ， 从紫外到红外 ， 甚至是太赫兹波段 ， 均已出现了可应用的激光技术 。 由于各谱段在抗电磁干扰、云雾穿透能力、自组网等方面的优势各有不同 ， 因此 ， 未来空间激光通信利用不同谱段通信系统的优势 ， 将大力发展紫外、可见、中红外、太赫兹等多谱段结合的通信模式 。 同时 ， 加强多谱段通信的深入研究 ， 以期通过多谱段联合应用来实现不同环境条件下的不间断无障碍通信 。
与空间激光通信技术相比 ， 紫外无线光通信技术无需严格的捕获、瞄准、跟踪就可实现非直视通信 ， 在自组网、复杂电磁环境及特殊地形等应用中优势明显 。 加州理工大学于2009年理论研究了紫外光散射模型及探测器、调制方式的影响并进行了试验验证[41] 。 太赫兹无线光通信方面 ， 近年来也取得了突破性成果 ， 中国工程物理研究院的太赫兹科研团队于2017年利用频率0.14THz载波 ， 成功开展了单路实时速率5Gb/s的21km远距离高速无线传输试验[42] 。
五、政策建议
目前 ， 国内外在空间激光通信技术领域的发展均未形成规模 ， 鉴于该技术的巨大发展潜力 ， 世界各国积极投入人力、物力开展相关研究 ， 并引导相关产业发展 。 近年来 ， 欧洲、美国等国家或地区已在空间激光通信技术方面对星地、星间、空空等链路进行了部分商用化测试 ， 我国也完成了相关的演示验证工作 。 因此 ， 在这一领域我国与欧美等发达国家和地区的差距较小 ， 在某些方面还具有一定的后发优势 ， 但核心元器件依赖进口的问题尚未解决 。 为此 ， 通过国家政策倾斜 ， 加强顶层设计 ， 重点突破卡脖子技术难题 ， 推进空间激光通信技术产业化 ， 使我国在该领域能够追赶甚至是达到领先水平 。 为推动空间激光通信技术的发展 ， 提出如下政策建议 。
（一）实施基础研究计划
空间激光通信技术的发展沿用了很多光纤通信及光学设计的技术 ， 但根据新的应用特点会形成新的颠覆性技术 ， 需要加强基础研究以取得突破 。 因此 ， 建议尽快实施以高等院校基础科研为主的无线激光宽带传输与组网基础科学问题研究计划 ， 在重点核心技术上取得突破 ， 使我国尽快在该领域的基础研究和关键技术达到世界领先水平 。


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