北斗卫星区域组网完毕 激光技术新发展
3.4、德国的TerraSAR-X激光通信终端
TerraSAR-X卫星是德国新的合成口径雷达卫星,是德国用于科学和商业应用的国家级项目。该卫星计划搭载一个激光通信终端LCT,通信速率为5. 625Gb/s (24×225Mb/s),可以用来进行星间激光通信(美国的低轨卫星)和星地激光通信,用于实时传输合成孔径雷达上的数据。
终端通信波长为1.064mm,采用相干光通信方案,二进制相移键控(BPSK)调制,零差相干检测。望远镜主镜直径为125mm。终端质量小于30 kg,功耗低于130W,并且保证在十年使用过程中的可靠度超过0. 9998。
4、卫星激光通信的难点
卫星间激光通信具有上述优点的同时,也同样带来了卫星间光通信技术上的难点及其独有的特点:
①、卫星光链路的空间瞄准、捕捉和跟踪。卫星激光通信的发射波束很窄,这为其带来很多优点。但同时发射波束窄又在技术上造成巨大困难。相距很远的两颗卫星之间存在相互的高速运动,并且由卫星本身的振动可造成发射光束的抖动,这种情况下将通信发射光束准确地瞄准、照射并锁定在接收端卫星上是有相当难度的。因此,两个通信终端目标间的相互捕捉、瞄准、跟踪(Acquisition,Pointing,Tracking 简称APT)技术相当复杂,这也是致使卫星光通信发展缓慢的原因之一。
②、存在背景光的影响。这些背景光主要来源于太阳、月亮、金星、地球和其他星球的辐射、反射,各背景光源的辐射强度不同,频谱分布不同,对接收机所成的张角也不同。当接收机视场角包含的噪声源不同时,接收机受到的影响也不同。根据有关资料,背景光有时可以达到很强的程度,远远大于接收到的信号光强度,这就要求卫星之间的通信系统具有较强的抗背景噪声能力。而光纤通信系统由于激光在光纤中传播,背景光不能进入光纤,所以不存在背景光问题。
③、终端之间有相对运动。轨道之间的链路(IOL)上两颗卫星之间有相对运动,会使激光产生多谱勒频移,频移量大小为±10GHz,频率变化速率为±13MHz/s,这对于某些通信的调制/解调方案会产生较大的影响。光纤通信系统中的终端位置固定,不存在激光的多谱勒频移问题。
④、卫星之间的通信距离远。地球同步卫星到地球同步卫星(GEO-GE0)之间的通信距离可达42000公里。即使低轨道卫星到低轨道卫星(LEO-LEO)之间也有上千公里。半导体激光器发射功率小(一般只有几十毫瓦到几百毫瓦),光波在传播过程中有自由空间损耗、定位损耗,激光波束的强度是按距离的平方递减的,也就是意味着距离衰减很大,链路中间不能加中继。这就要求通信系统具有高的接收灵敏度,否则背景辐射等噪声的影响会使误码率达到不可接受的程度。除从检测器本身入手以外,纠错编码、外差接收等都是可能的解决途径。
⑥、卫星之间的激光通信对系统的可靠性要求高。这是因为发射机、接收机都在卫星上,卫星发射升空后在对其进行维护几乎不可能。
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