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高速空间激光通信系统在空天信息网的应用

2013-03-22 10:02
空白小盒子
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  针对高速空间激光通信系统应用时面临的主要问题:节点高速运动的跟踪瞄准和与组网载荷协同工作,提出将高速空间激光通信系统作为节点主要通信载荷的双通信载荷结构,并设计了高速空间激光通信系统与组网载荷协同工作机制和协议模型,依据协议模型进行了原理样机开发与试验。试验结果表明,提出的协同工作机制与协议模型能很好地适用于高速空间激光系统,支持超高速率数据传输,最高MAC层协议数据速率可达1.772Gb/s,平均处理时延20μs。

  目前,天基与空基的人造飞行器例如地球轨道卫星(GEO)、低轨道卫星(LEO)航天飞机、高空飞艇等,主要利用高速或低速的微波链路与对应的地面站通信形成“烟囱”式的应用模式;或者通过地面网络进行数据连接与信息共享,组成“天星地网”的应用形式。在某些应用中,尽管一些卫星可以为其他天基飞行器提供数据中继服务,但是这种数据中继服务还不能称为空间网络。

  近年来,天基与空基的飞行器通过高速链路进行组网,并赋予飞行器智能化信息处理能力即形成空天信息网是未来空间网络化发展趋势。由于具有诸多优势,空天信息网在军事、民用和科研领域有非常广阔的应用前景。空天信息网是从天基综合信息网络的概念发展与演变而来的。空天信息网络中的节点除了各种高度的卫星和航天飞行器外,还包括空基的临近空间平台、有人驾驶或无人驾驶的航空飞行器等。空天信息网除了包括各种类型网络节点的互连与通信外还能够提供在轨信息获取、在轨信息处理、在轨信息分发与在轨信息应用等。

  空天信息网络的准确定义是由多个空基与天基的飞行器进行互连互通,以空间信息的传输与交换为基础,以空间信息的处理与应用为核心,以支持未来全空间军事与民用使命为目的的大型空间网络信息基础设施。通过网关等设施,空天信息网络能和地面网络进行互联互通。为提供大容量的信息吞吐能力与高速的信息处理能力,空天信息网的骨干节点之间必须部署具有超高速比特传输能力的点对点通信链路。

  超高速微波通信由于频率和众所周知的技术难度,速率提升空间有限。以微波为载体的通信技术已经不能满足未来空天信息网络的发展,随着卫星激光通信关键技术的突破和激光所具有的优势逐步体现,面对日益增长的高数据率和大通信容量的需求,空天信息网将更多采用空间激光通信系统来实现骨干网络节点之间的互连。对于空间激光通信系统的关键技术研究在国内外开展如火如荼,本文介绍了高速空间激光通信系统的体系结构及其应用在空天信息网络时面临的主要问题。在分析空天信息网络骨干层节点链路需求的基础上讨论了如何在空天信息网络中应用超高速空间激光通信系统,并给出采用超高速空间激光通信系统时空天信息网的通信模型。

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