夏方園，陳 祥，陳安和，劉佳妮，馮向兵，鄭少林，劉宗偉

(中國(guó)空間技術(shù)研究院西安分院，西安 710000)

0 引言

星間數(shù)傳的發(fā)展趨勢(shì)是要實(shí)現(xiàn)更高碼速率的傳輸，衛(wèi)星通信載荷也需要適用于空間平臺(tái)的輕小型化和低能耗的要求，自由空間激光通信是能夠滿足這些要求的最優(yōu)通信手段之一[1]。自由空間光通信相對(duì)于微波通信具有明顯的優(yōu)點(diǎn)：帶寬大、抗電磁干擾和抗截獲[2，3]。隨著衛(wèi)星激光通信技術(shù)成熟度的提升，自由空間激光通信能夠?qū)崿F(xiàn)高達(dá)數(shù)百吉比特的傳輸速率，在同樣的碼速率條件下，激光通信終端還具有體積小、重量輕、功耗低的優(yōu)勢(shì)[4]，因此激光通信鏈路成為星間主干鏈路乃至組成光通信網(wǎng)絡(luò)是未來(lái)衛(wèi)星通信發(fā)展的必然趨勢(shì)。

微型衛(wèi)星與傳統(tǒng)的大型衛(wèi)星相比，具有成本低、開(kāi)發(fā)周期短以及靈活組網(wǎng)等優(yōu)點(diǎn)，因此得到了世界各國(guó)的重視，使得衛(wèi)星市場(chǎng)逐漸向小型化方向(微型衛(wèi)星和納米衛(wèi)星)發(fā)展。微納衛(wèi)星使用微波鏈路進(jìn)行通信時(shí)，其數(shù)據(jù)傳輸能力嚴(yán)重受限，而光通信由于具有大容量、高速率的特點(diǎn)，更加適用于微型衛(wèi)星通信。在這種情況下，激光通信系統(tǒng)的小型化技術(shù)是必然趨勢(shì)。文章敘述了近年來(lái)小型化激光通信終端技術(shù)發(fā)展及其應(yīng)用前景。

1 激光通信系統(tǒng)

激光通信終端的基本組成如圖1所示，主要由光學(xué)頭部和電控處理機(jī)兩部分組成，光學(xué)頭部包括PAT(Pointing,Acquirement,Tracking)系統(tǒng)、光學(xué)收發(fā)通道和望遠(yuǎn)鏡組成，電控處理機(jī)包括機(jī)構(gòu)控制器、供電單元和通信收發(fā)機(jī)部分。其中PAT系統(tǒng)一般包括粗指向機(jī)構(gòu)(Corse Pointing Assembly，CPA)和精指向機(jī)構(gòu)(Fine Pointing Assembly，F(xiàn)PA)，CPA主要功能是根據(jù)終端電控處理機(jī)給予的指令，完成衛(wèi)星激光通信終端的初始指向和大范圍錐角螺旋掃瞄的執(zhí)行，與FPA構(gòu)成粗精卸載捕跟控制環(huán)路，共同實(shí)現(xiàn)激光鏈路的建立和穩(wěn)定保持。

圖1 激光通信終端組成框圖Fig.1 Laser communication terminal composition

1.1 終端波長(zhǎng)體制介紹

激光通信系統(tǒng)按照發(fā)射激光所選波長(zhǎng)數(shù)量可分為單波長(zhǎng)體制和多波長(zhǎng)體制。相比于多波長(zhǎng)體制，單波長(zhǎng)體制的優(yōu)點(diǎn)是便于組網(wǎng)，光學(xué)系統(tǒng)組成簡(jiǎn)單，有利于系統(tǒng)的輕小型化低功耗實(shí)現(xiàn)，缺點(diǎn)是系統(tǒng)為收發(fā)共用光路時(shí)，難以實(shí)現(xiàn)較高的收發(fā)隔離度。如圖2所示為典型的單波長(zhǎng)激光通信終端工作原理圖。

圖2 典型單波長(zhǎng)激光通信系統(tǒng)原理圖Fig.2 Schematic diagram of a typical single-wavelength laser communication system

A終端發(fā)射經(jīng)調(diào)制的線偏振激光，通過(guò)準(zhǔn)直器、折軸反射鏡、分光片到達(dá)望遠(yuǎn)鏡，擴(kuò)束后再經(jīng)CPA發(fā)射至對(duì)方終端B；B終端接收到信號(hào)光，由PAT系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定跟蹤建鏈，發(fā)射信標(biāo)/信號(hào)光到達(dá)A終端，經(jīng)望遠(yuǎn)鏡縮束和收發(fā)通道到達(dá)捕跟和通信接收支路，最終到達(dá)通信探測(cè)器，接收機(jī)解調(diào)恢復(fù)基帶信息實(shí)現(xiàn)星間數(shù)傳。

1.2 終端構(gòu)型介紹

按照CPA的結(jié)構(gòu)形式，激光通信終端可大致分為潛望式、經(jīng)緯儀式和擺鏡式三種類型。擺鏡式轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)由于其較為緊湊的空間布局和較小的俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)角，常應(yīng)用于對(duì)跟瞄立體角要求較小的衛(wèi)星軌道；經(jīng)緯儀式的粗指向機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)范圍較大具有較大的指向立體角，且回轉(zhuǎn)半徑較小便于衛(wèi)星平臺(tái)安裝；潛望式粗指向機(jī)構(gòu)，具有較大的跟瞄立體角、便于鎖緊?？亢蜔峥氐脑O(shè)計(jì)實(shí)施等優(yōu)點(diǎn)。三種類型的CPA形態(tài)如圖3所示。

(a)擺鏡式 (b)經(jīng)緯儀式 (c)潛望式圖3 三種類型的CPA結(jié)構(gòu)形式Fig.3 Three types of CPA structure

在一些微納立方星上，由于衛(wèi)星平臺(tái)的體積重量功耗限制，激光通信終端不使用CPA進(jìn)行初始指向，而使用衛(wèi)星平臺(tái)調(diào)姿。使用該構(gòu)型的終端，前提是激光通信終端是衛(wèi)星主載荷，且僅能滿足點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信，無(wú)法提供多建鏈節(jié)點(diǎn)的組網(wǎng)功能。

1.3 終端探測(cè)方式介紹

自由空間光通信系統(tǒng)中，接收機(jī)按照探測(cè)方式可分為直接探測(cè)和相干探測(cè)。直接探測(cè)是指利用光電探測(cè)器的直接光電轉(zhuǎn)換功能就能實(shí)現(xiàn)信息的解調(diào)。相干探測(cè)相對(duì)于直接探測(cè)方式，需要多一個(gè)本振激光器與信號(hào)光經(jīng)光混頻器在探測(cè)器上相干涉，光電探測(cè)器響應(yīng)兩束光相干產(chǎn)生的差頻分量輸出一個(gè)中頻光電流。直接探測(cè)方式最適宜于強(qiáng)光信號(hào)探測(cè)，提高探測(cè)器信噪比的方法是利用光譜濾波和空間濾波的方式，但是當(dāng)通信距離較遠(yuǎn)接收到的信號(hào)光微弱，或者光通信系統(tǒng)對(duì)雜散光抑制能力要求較高時(shí)，光譜濾波仍無(wú)法實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星光通信系統(tǒng)的正常捕跟和通信，提高光電探測(cè)器信噪比需要使用相干探測(cè)的方式，抑制空間背景光和系統(tǒng)內(nèi)部雜散光。在相干探測(cè)中，輸出光電流攜帶的振幅、頻率和位相的信息都可以探測(cè)出來(lái)，因此信號(hào)激光攜帶的振幅、頻率和相位的調(diào)制信息都可以通過(guò)相干探測(cè)的方式實(shí)現(xiàn)解調(diào)，雖然直接探測(cè)只能解調(diào)振幅調(diào)制信息，但是工程上要實(shí)現(xiàn)相干探測(cè)，技術(shù)難度和復(fù)雜度比直接探測(cè)大的多。

2 國(guó)外小型化激光通信終端技術(shù)現(xiàn)狀

2.1 美國(guó)星載小型化激光通信終端技術(shù)現(xiàn)狀[5-7]

美國(guó)于2012年10月啟動(dòng)了光通信和探測(cè)器演示驗(yàn)證項(xiàng)目(Optical Communications and Sensor Demonstration，OCSD)。旨在驗(yàn)證未來(lái)小型航天器的兩個(gè)主要功能：數(shù)據(jù)的高速光傳輸和小型航天器近旁操作。OCSD項(xiàng)目示意圖見(jiàn)圖3。OCSD項(xiàng)目生產(chǎn)三個(gè)1.5U立方體微型衛(wèi)星，在兩次獨(dú)立的任務(wù)中作為次要有效載荷發(fā)射。2015年10月8日，OCSD第一次發(fā)射任務(wù)(OCSD-A)成功，主要用于對(duì)星際跟蹤器和重要的子系統(tǒng)進(jìn)行一些檢查，包括電源，攝像頭，GPS，無(wú)線電和部署機(jī)制，以支持OCSD的運(yùn)行第二次飛行任務(wù)。OCSD第二次任務(wù)于2017年底發(fā)射。對(duì)于第二次任務(wù)，除了近旁操作演示之外，還展示了激光通信系統(tǒng)，涉及使用攝像機(jī)，信標(biāo)，激光測(cè)距儀和使用可變阻力和推進(jìn)實(shí)現(xiàn)相對(duì)位置測(cè)量。2019年4月10日，NASA成功進(jìn)行了兩顆立方星之間的激光通信實(shí)驗(yàn)，兩星相距2414km，軌道高度451km。

OCSD-A搭載的激光通信終端，沒(méi)有掃描跟蹤系統(tǒng)，僅依靠衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星對(duì)地的激光通信，光通信參數(shù)見(jiàn)表1，尺寸為10cm×10cm×10cm，總重量3kg，下行鏈路采用波長(zhǎng)1064nm，通信速率計(jì)劃達(dá)5Mbps，波束寬度0.15deg。

表1 OCSD-A光通信終端參數(shù)Tab.1 OCSD-A Optical Communication Terminal Parameters

OCSD項(xiàng)目完成首次立方星星地激光通信技術(shù)驗(yàn)證，同時(shí)驗(yàn)證了小衛(wèi)星交會(huì)和逼近技術(shù)，成功進(jìn)行了1.5U立方星對(duì)地100Mbps激光通信實(shí)驗(yàn)。這是世界上首次立方星對(duì)地激光通信實(shí)驗(yàn)。OCSD項(xiàng)目的主要目的是基于逼近傳感器、低功耗激光通信系統(tǒng)和水工質(zhì)推進(jìn)系統(tǒng)演示高速數(shù)據(jù)傳輸以及小飛行器交會(huì)逼近操作。目前，NASA科學(xué)家已成功演示了OCSD衛(wèi)星與光學(xué)地面站200Mbps激光通信。

圖4 OCSD項(xiàng)目計(jì)劃Fig.4 OCSD project plan

2.2 歐洲星載小型化激光通信終端技術(shù)現(xiàn)狀

2016年6月22日[8]，DLR成功發(fā)射了微型衛(wèi)星BIROS(Bi-spectral InfraRed Optical System)，BIROS搭載由DLR開(kāi)發(fā)的新型光通信終端OSIRISv2(Optical Space Infrared Downlink System)，目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)針對(duì)小型衛(wèi)星的光通信技術(shù)優(yōu)化。OSIRISv2由三個(gè)主要部分組成，跟蹤傳感器及其電子設(shè)備，用于接收和處理來(lái)自地面站的信標(biāo)信號(hào)，并為衛(wèi)星有效載荷計(jì)算機(jī)提供跟蹤信號(hào)和姿態(tài)控制。OSIRIS激光終端的跟蹤傳感器與發(fā)射器準(zhǔn)直器安裝在同一個(gè)光學(xué)臺(tái)上，準(zhǔn)直器與激光源連接，提供兩種不同的激光信號(hào)，OSIRIS激光終端實(shí)物見(jiàn)圖5。

圖5 OSIRISv2激光終端實(shí)物圖Fig.5 Entity of OSIRISv2 laser terminal

OSIRISv2終端總重量為1.65kg，功耗37w，在1550nm波段處攜帶兩個(gè)具有IM / DD調(diào)制的分離的激光源(冗余系統(tǒng))，詳細(xì)參數(shù)見(jiàn)表2。OSIRISv2載荷集成過(guò)程見(jiàn)圖6。

表2 兩種激光源詳細(xì)參數(shù)Tab.2 Detailed parameters of two laser sources

圖6 OSIRISv2載荷集成過(guò)程Fig.6 Load integration process for OSIRISv2

為了減輕終端重量，光學(xué)平臺(tái)采用鋁合金和碳纖維材料制成。跟蹤單元基于四象限光探測(cè)器，指向精度高，并依靠衛(wèi)星姿態(tài)實(shí)現(xiàn)閉環(huán)指向。

2016年6月22日BIROS成功發(fā)射，但后續(xù)無(wú)有關(guān)OSIRISv2終端的實(shí)驗(yàn)新聞報(bào)道。DLR在OSIRISv2的基礎(chǔ)上，計(jì)劃研發(fā)OSIRISv3，OSIRISv3終端設(shè)計(jì)參考CCSDS(空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)咨詢委員會(huì))標(biāo)準(zhǔn)：

(1)單波長(zhǎng)體制

(2)下行鏈路通信速率：10Gbps

(3)包含上行光鏈路

(4)信標(biāo)波長(zhǎng)：1590nm

(5)信標(biāo)光調(diào)制

(6)下行鏈路通信波長(zhǎng)：1550nm

(7)使用相應(yīng)的調(diào)制/數(shù)據(jù)方式

OSIRISv3終端研發(fā)目標(biāo)：

(1)應(yīng)用于小型LEO衛(wèi)星(100kg級(jí))

(2)5年使用壽命

(3)基于合格的COTS組件

(4)緊湊型終端：2kg，50w

(5)配備CPA

(6)終端具有數(shù)據(jù)處理功能

OPTEL-μ終端的目標(biāo)是建立一個(gè)穩(wěn)定的直接探測(cè)激光通信系統(tǒng)[9]，用于以1.25Gbps的速率實(shí)現(xiàn)LEO衛(wèi)星(400km～900km)的對(duì)地通信。OPTEL-μ終端的電性件開(kāi)發(fā)由ESA通過(guò)TESLA-C項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)。OPTEL-μ終端由三部分組成：光學(xué)頭部安裝在航天器外部，實(shí)現(xiàn)光束轉(zhuǎn)向、采集和跟蹤；電子單元，包括功率調(diào)節(jié)單元、終端處理器電子設(shè)備和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器；激光單元，其將LEO有效在和數(shù)據(jù)調(diào)制到光載波上(在脈沖激光發(fā)射機(jī)中實(shí)現(xiàn))，并通過(guò)光放大器將調(diào)制載波功率提升到滿足鏈路預(yù)算的水平。

OPTEL-μ相關(guān)參數(shù)見(jiàn)表3。終端總質(zhì)量8kg，體積8L，功耗43W，下行鏈路使用波長(zhǎng)1550nm波段，通信速率1.25Gbps，采取PPM/OOK調(diào)制方式，F(xiàn)EC信道編碼及自動(dòng)重傳請(qǐng)求(ARQ)協(xié)議。電性件實(shí)物如圖7所示。

(1)2016年10月：OPTEL-μ激光通信終端機(jī)械模型測(cè)試已完成；

(2)2017年2-4月：完成電性件環(huán)境試驗(yàn)；

(3)2017年5月：完成系統(tǒng)測(cè)試；

(4)2018年完成在軌試驗(yàn)。

表3 OPTEL-μ激光終端相關(guān)參數(shù)Tab.3 OPTEL-u Laser Terminal Parameters

圖7 OPTEL-μ激光終端實(shí)物(從左到右:光學(xué)頭部,激光單元,電子單元)Fig.7 OPTEL-μ Laser Terminal(from left to right:optical head，laser unit，electronic unit)

2.3 日本星載小型化激光通信終端研發(fā)現(xiàn)狀[10-12]

2014年5月24日，日本成功發(fā)射了SOCRATES小衛(wèi)星，該任務(wù)的主要目標(biāo)包含：(1)驗(yàn)證小型光端機(jī)SOTA的捕獲、跟蹤和通信性能；(2)使用不同波長(zhǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在大氣中的傳播；(3)通信質(zhì)量測(cè)試；(4)測(cè)試編碼通信質(zhì)量的影響；(5)基本量子密鑰分配試驗(yàn)。最終促進(jìn)自由光通信在小衛(wèi)星和納米衛(wèi)星中的應(yīng)用。

SOTA終端由SOTA-OPT(光學(xué)部件)和SOTA-CONT(控制單元)兩部分組成。終端總重量約5.7kg，SOTA-OPT尺寸為177.5W×130D×264H (mm)，SOTA-CONT尺寸為146W×140D×110.5H (mm)。

SOTA-OPT包含4個(gè)發(fā)射器(TX1～TX4)，分別工作在976nm(TX1)、800nm(Tx2&3)和1550nm(TX4)，其中TX1、TX4用于發(fā)射SOTA的PN數(shù)據(jù)、圖像數(shù)據(jù)以及遙測(cè)數(shù)據(jù)，傳輸速率為10Mbps或1Mbps，TX2、TX3用于衛(wèi)星量子密鑰分配的基本量子測(cè)量。上行鏈路采取異步NRZ，載波頻率40KHz，信號(hào)帶寬1KHz，波長(zhǎng)1064nm，接收口徑50mm。下行鏈路采取NRZ-OOK調(diào)制，波長(zhǎng)1549nm，通信距離600～1000km，地面接收采取IM/DD檢測(cè)，接收口徑1m。SOTA的APT功能由2軸萬(wàn)向節(jié)、FPM(Fine Pointing Mechanism)和相關(guān)傳感器實(shí)現(xiàn)。AZ軸、EI軸角度范圍均為±50deg。使用微步電機(jī)驅(qū)動(dòng)2軸萬(wàn)向節(jié)，最小角分辨率為0.001125deg/pulse。SOTA的功耗取決于運(yùn)行模式，預(yù)期最低功耗為28.1W，此時(shí)僅TX1實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳輸。SOTA-OPT 原理樣機(jī)、SOTA-CONT原理樣機(jī)如圖8所示。

(a)SOTA-OPT (b)SOTA-CONT圖8 SOTA激光終端組成實(shí)物圖Fig.8 Composition of SOTA laser terminal

2017年7月，SOTA終端正常工作超過(guò)3年，已完成所有任務(wù)目標(biāo)，包括：

(1)實(shí)現(xiàn)不同波長(zhǎng)的LEO-OGS下行通信，速率可達(dá)10Mbps；(2)驗(yàn)證了SOTA對(duì)OGS信標(biāo)光的粗跟蹤和精跟蹤；(3)驗(yàn)證了不同編碼下通信性能；(4)完成基本量子密鑰分配試驗(yàn)。

RISESat衛(wèi)星是日本Tohoku大學(xué)研制微型衛(wèi)星，計(jì)劃2018年發(fā)射。由于質(zhì)量限制，SOTA不能搭載于RISESat衛(wèi)星運(yùn)行，因此NICT開(kāi)發(fā)研制了一款適用于RISESat衛(wèi)星的新型、輕便、簡(jiǎn)單的激光終端VSOTA。VSOTA是一個(gè)僅傳輸系統(tǒng)，其激光校準(zhǔn)器和LD驅(qū)動(dòng)器的基本結(jié)構(gòu)與SOTA相同。VSOTA-E為L(zhǎng)D驅(qū)動(dòng)電路，可發(fā)射激光波長(zhǎng)980nm和1540nm，VSOTA-COL是兩個(gè)激光準(zhǔn)直器的集成，VSOTA-CNT是控制單元。VSOTA是一個(gè)僅傳輸系統(tǒng)，無(wú)接收光信號(hào)功能，該終端沒(méi)有萬(wàn)向節(jié)設(shè)備(無(wú)CPA、FPA)，與衛(wèi)星主體剛性連接，通過(guò)精確控制衛(wèi)星姿態(tài)實(shí)現(xiàn)與地面站對(duì)準(zhǔn)。姿態(tài)對(duì)準(zhǔn)精度要求：980nm通道0.1°(3σ)，1540nm通道0.04°(3σ)。受限于對(duì)準(zhǔn)精度、輸出功率和地面設(shè)備的限制，預(yù)計(jì)下行鏈路最大通信速率為100Kbps，技術(shù)指標(biāo)如表4所示。

表4 VSOTA激光終端技術(shù)指標(biāo)Tab.4 Technical Indicators of VSOTA Laser Terminals

3 國(guó)內(nèi)激光通信終端發(fā)展現(xiàn)狀

2011年底[13]哈工大研制的激光通信終端搭載了海洋二號(hào)衛(wèi)星發(fā)射，并且驗(yàn)證星地激光通信技術(shù)，通信最高速率504Mbps，采用IM/DD通信體制，鏈路距離約1600km。2013年[14]，哈爾濱工業(yè)大學(xué)在SJ-13搭載星地鏈路激光通信試驗(yàn)載荷，采用IM/DD通信體制，通信碼速率為2.4Gbps/4.8Gbps，鏈路距離約36000km，SJ-13試驗(yàn)衛(wèi)星已于2017年4月發(fā)射，并開(kāi)展了星地激光鏈路捕跟、通信性能試驗(yàn)驗(yàn)證。2016年8月16日[15]，全球首顆量子科學(xué)試驗(yàn)衛(wèi)星“墨子”號(hào)成功發(fā)射，并實(shí)現(xiàn)了國(guó)內(nèi)首個(gè)低軌衛(wèi)星對(duì)地相干激光通信鏈路驗(yàn)證，星上終端采用BPSK/DPSK調(diào)制方式，鏈路距離約1000km，傳輸速率5Gbps。參加試驗(yàn)的地面站由中科院光電所等單位研制，實(shí)現(xiàn)了星地鏈路高精度激光通信的捕獲跟蹤，建立了星地激光鏈路。

4 星載小型化激光通信終端應(yīng)用前景

星載小型化激光通信終端在衛(wèi)星組網(wǎng)與互聯(lián)技術(shù)領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景，包括對(duì)地觀測(cè)領(lǐng)域、空間通信領(lǐng)域、科學(xué)技術(shù)試驗(yàn)領(lǐng)域、空間監(jiān)視與攻防領(lǐng)域都有應(yīng)用需求。微小衛(wèi)星組網(wǎng)與互聯(lián)領(lǐng)域的代表性事件與系統(tǒng)有：

(1)2015年1月，馬斯克宣布了SpaceX的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的計(jì)劃。SpaceX計(jì)劃將約1.2萬(wàn)顆微納衛(wèi)星發(fā)射到軌道，并從2020年開(kāi)始工作。這一項(xiàng)目被命名為“星鏈”(Starlink)。星鏈計(jì)劃分三步走，完成后將在近地軌道組成了兩層龐大的衛(wèi)星星座，內(nèi)層340公里軌道高度的7518顆衛(wèi)星與外層的1000多公里軌道高度的4425顆衛(wèi)星組成的11943顆衛(wèi)星星座。其中星間數(shù)傳組網(wǎng)擬采用激光鏈路。

(2)OneWeb公司[16]的計(jì)劃準(zhǔn)備發(fā)射648顆衛(wèi)星(后來(lái)更新為720顆)，在距地球約1200公里的軌道形成一個(gè)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)，向全球提供互聯(lián)網(wǎng)寬帶信號(hào)。從而提供與光纖類似的上網(wǎng)速度。OneWeb的衛(wèi)星相對(duì)較小，重約285磅(約合130千克)。如果利用激光通信測(cè)距一體化的小型化激光載荷，衛(wèi)星位置測(cè)量精度可以達(dá)到厘米級(jí)。OneWeb計(jì)劃在2018年開(kāi)始發(fā)射衛(wèi)星，2019年末前完成星座的基本部署。

(3)加拿大的Telesat公司計(jì)劃在11個(gè)軌道面部署117顆低軌衛(wèi)星組建互聯(lián)網(wǎng)星座，計(jì)劃2021年發(fā)射，2022年提供衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)，星間數(shù)傳采用激光鏈路。

5 結(jié)論

綜上所述，未來(lái)星載小型化激光通信終端技術(shù)的研究發(fā)展主要集中在兩個(gè)方面：

(1)星載激光通信終端的輕小型化。受限于微小衛(wèi)星平臺(tái)對(duì)重量、體積、功耗的約束越來(lái)越低高，在滿足項(xiàng)目任務(wù)指標(biāo)要求的前提下， “三化”設(shè)計(jì)原則是未來(lái)設(shè)計(jì)趨勢(shì)，即小型化、一體化、模塊化。小型化：在確保激光通信終端功能和指標(biāo)的前提下，載荷口徑盡量小，采用新型電機(jī)技術(shù)、材料和集成電路，以實(shí)現(xiàn)終端小型化、輕量化和低功耗；一體化：通信測(cè)距一體化、捕獲跟蹤一體化，同時(shí)激光通信終端的粗指向機(jī)構(gòu)、望遠(yuǎn)鏡、收發(fā)通道、電控處理機(jī)與支撐結(jié)構(gòu)一體化安裝，使得激光載荷輕量化，便于星上安裝操作，便于系統(tǒng)測(cè)試，簡(jiǎn)化與衛(wèi)星的接口；模塊化：激光調(diào)制發(fā)射機(jī)模塊化、終端驅(qū)動(dòng)控制模塊化、通信測(cè)距功能模塊化、捕獲跟蹤功能模塊化設(shè)計(jì)，便于安裝更換。

(2)星載激光通信終端初始指向方式。在中、短程激光通信距離中PAT技術(shù)中的初始指向主要實(shí)現(xiàn)途徑有兩種，一種依靠計(jì)算相對(duì)太陽(yáng)、地球、恒星等的相對(duì)角位置以及GPS信息，精確定為衛(wèi)星位置，調(diào)整衛(wèi)星自身調(diào)姿對(duì)準(zhǔn)通信目標(biāo)，進(jìn)入精跟視場(chǎng)，閉環(huán)控制實(shí)現(xiàn)激光通信；另外一種則是通過(guò)光學(xué)掃描的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)通信目標(biāo)的跟蹤捕獲，進(jìn)一步引導(dǎo)進(jìn)入跟蹤視場(chǎng)，閉環(huán)控制實(shí)現(xiàn)激光通信。除此以外，當(dāng)前世界各課題組中正在開(kāi)展光學(xué)相控陣技術(shù)，采用非機(jī)械偏擺的方式實(shí)現(xiàn)激光通信終端初始指向，但是該技術(shù)在高速光束掃描和大范圍指向以及控制精度等方面，短期內(nèi)還無(wú)法應(yīng)用于空間激光通信載荷。

隨著星載激光通信終端技術(shù)逐漸成熟，我國(guó)星載中繼激光骨干鏈路建設(shè)逐漸完善，急需發(fā)展網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜?jiǎn)單可靠，業(yè)務(wù)類型多樣，傳輸手段靈活的激光集成通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)重量功耗更低，抗電磁干擾更好，多頻段多體制兼容，并具備組件可集成、功能可重構(gòu)的星載激光通信終端技術(shù)。