天地一体化信息网络空间激光通信新技术研究

天地一体化信息网络空间激光通信新技术研究

陈钢

身份证号码： 430124198307150***

摘要：自改革开放以来，我国计算机网络系统日新月异的不断改善，然而在通信系统中，对于天地一体化信息网络而言，空间激光通信是非常重要的，通过空间激光通信新技术，不仅能提高网络传输效率及组网能力，也能提高信息安全性。本文对天地一体化信息网络进行了概述，对空间激光通信新技术进行了阐述，希望能帮助到业内人士。

关键词：天地一体化；信息网络空间；激光通信新技术

引言

天地一体化信息网络是以多种空间平台为载体，实时获取、传输和处理各类信息的网络。它作为国家信息化的重要基础设施，对维护国家安全具有重要意义，是实现信息全球覆盖、高速传输、自由互联的必由之路。随着天地一体化信息网络信息传输量呈指数级增长，微波通信已难以满足信息网络对更大传输容量、更高传输速率、更远传输距离以及更高等级信息安全等方面的要求，迫切需要发展新的通信手段以满足一体化信息网络日益增长的通信业务需求。相比于微波通信，空间激光通信具有传输速率高、可用带宽大、无需频率许可、抗电磁干扰能力强、保密安全性好以及激光终端体积小、重量轻和功耗低等优点，使得该技术逐渐发展成为天地一体化信息网络的重要组成部分，是解决信息高速传输的首选途径。天地一体化信息网络对空间激光通信的需求愈加迫切，并以此为动力极大地促进了空间激光通信技术的快速发展。

1天地一体化信息网络概述

天地一体化信息网络的载体为空间平台，实时获取各类信息，并能对信息进行传输及处理。对于一个国家来说，该网络是非常重要的，其是国家信息化设施的重要基础，在一定程度上，能对国家安全发挥积极作用，是实现高速传输信息及信息覆盖全世界的必然趋势。现如今，网络信息输送量呈直线上升趋势，传统的网络通信满足不了信息网络的发展要求，比如信息网络要求传输效率更高、传输距离更远、传输容量更大等，由此，基于一体化信息网络，为满足通信业务要求，需对通信手段进行更新。相对于微波通信而言，空间激光通信具备以下优点：信息传输具备较高的安全性；能以较快速度传输信息；在信息传输的过程中，对电磁的抵抗能力较强；不需要频率就能对信号进行传输；其在运行的过程中，功耗率较低等，由此空间激光通信技术成为一体化信息网络的重要部分。在目前阶段，天地一体化信息网络的发展离不开空间激光通信，对空间激光通信需求较为迫切，在这样的形势下，空间激光通信技术得以发展，并受到世界各国的高度重视。在一体化信息网络不断发展的背景下，以及相关业务量逐渐增多，现有的空间激光通信技术难以满足信息网络（天地一体化）的发展，比如空间激光通信容量出现饱和，及其通信效率达到极限，仍不满足实际发展需求，在这样的情况下，研发新型激光通信技术是非常必要的。除了较为成熟的空间激光通信技术以外，世界各国更加注重新型激光通信技术，比如太阳光泵浦激光通信技术、相控阵激光组网通信技术等，本文接下来将主要从这几方面进行分析，以供参考。

2天地一体化信息网络空间激光通信新技术

2.1太阳光泵浦激光通信技术

针对于一体化信息网络而言，影响通信能力及组网能力的因素较多，其中最主要的因素为能源，这一影响在天基网络中得以充分体现。从空间网络运行角度上来看，空中太阳光是非常重要的，其具有较为广阔的分布区域，且属于自然资源，充分使用空中太阳光，能有效解决能源紧缺问题，这点必然成为一体化信息技术的研究趋势。当激光器出现不久之后，国外就研制出了太阳光泵浦固体激光器，由此将太阳光转化为激光源，为太阳光泵浦激光通信技术的长远发展，打下了坚实的基础。虽然该种技术得到有效证明，实际要投入到工程化应用方面，还需进一步的发展。为更好地利用太阳光，促使该技术能符合工程应用要求，需要对功率放大器进行设计，以提高转换效率，由此达到放大光纤光效率的目的，或者放大固体光功率。通过查阅相关资料得知，已经有相关人员对其放大器进行研究。

2.2相控阵激光组网通信技术

天地一体化信息网络的目标是实现单个空间节点与其它空间节点、地面节点的“一对多”高速组网通信。然而，目前国际上发展成熟的各种激光通信终端多采用机械式光束控制，以至于其中的捕跟系统存在着接入时间长、光束指向唯一等不足，一般仅能实现单平台“点对点”的星间或星地通信链路，无法有效进行多终端之间的快速接入、组网，难以支持未来天地一体化信息网络对高效组网的应用需求。光学相控阵通过采用电子可编程方式控制光学孔径上的相位分布来改变光束的方向和形状，使光束波前在设定的方向上彼此同相以获得干涉，能够提供可编程随机无惯性波束角度调整，具有角度变换速度快、分辨率高等优点，在激光组网通信领域有广阔的应用前景。早在1982年，美国Raytheon公司在美国国防部项目的资助下开展了有关光学相控阵的研发工作。1991年Raytheon公司研制的液晶材料二维光学相控阵器件，其口径尺寸为4.3cm×4.1cm，最大寻址数为43008（168×256），指向控制精度达到了微弧度量级。2002年，McManamon等人提出“相控阵的相控阵”（PAPA）概念。在该概念中采用了多个光学相控阵子孔径方案，其中的每一个光学相控阵都可以作为独立的单元进行扫描，这些独立单元通过相干组合形成一个大的阵列，可以用于光束的发射和接收，每一个光学相控阵是系统的一个子孔径。光纤激光器的相干组合构成激光阵列，各自对应一个光学相控阵的子孔径，形成“光纤激光器＋相控阵子孔径”的分布式结构，通过增加光纤激光器和子孔径的数目提高系统的发射功率和孔径总尺寸。2007年，美国Raytheon公司在“自适应光相控阵锁定单元APPLE（Adaptive PhotonicsPhase-Locked Elements）”项目中，采用多个液晶光学相控阵拼接的方式实现了大口径光束偏转控制，验证了子孔径拼接的可行性。2017年，美国BNS公司对大口径、宽角度液晶偏振光栅的研制进展进行了报道，同时介绍了正在研制的10cm口径液晶偏振光栅组件，集成后可实现64°×64°的能视域。可以预见，随着大口径、宽角度液晶光学相控阵器件的逐渐成熟，以及光学相控阵器件环境适应性的逐步提升，相控阵激光组网通信技术将在未来的天地一体化信息网络中发挥不可替代的重要作用。

结语

通过以上的分析可以得知，通过提高相干的灵敏度，并对大气湍流进行补偿，不仅能提高耦合效率，也能接受到更高的端光功率。相控阵激光组网通信技术能以极快速度对角度进行变换，并具备较高的分辨率。为更好地利用太阳光，促使太阳光泵浦激光通信技术能符合工程应用要求，需提高功率放大器的转换效率。为快速提升我国激光通信工程化水平，应逐步进行各类在轨实验验证，应充分结合我国激光通信链路实验，及有关技术验证。通过空间激光通信新技术，不仅能提高网络传输效率及组网能力，也能提高信息安全性。

参考文献

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