“从电波到激光 星间信号传输模式这样变”

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星座卫星建立了星际网络，以前通过无线电波对话，现在升级为利用激光链路传播新闻。 日本宇航科技有限公司副总裁杜利近日在接受科技日报记者采访时表示，通过携带可以发射和接收激光的负载，星际通信将从电波时代进入激光时代。

在电波时代，卫星间的通信信号发射是小李飞刀连续扔信号包，刀命中，但数据量的传输体量有限。 随着人们通信诉求的增加，堵车的可能性很高，就像笼子里的飞刀有发射诉求一样，小李的武功再高也很难用以前的传输模式完成。

星际激光通信提供了更快的能量处理途径，就像动态超人发射的动态光波一样。 那么为什么星际激光通信能够满足更大的诉求呢？ 具体是怎样的通信过程呢？ 实现星际激光通信的难点在哪里？

高速且重载，激光传输效益数不胜数

随着卫星通信传输数据诉求的增加，传输数据量急剧增加，传统的微波通信受限于传输容量，成为了星际通信的瓶颈。 杜利认为，现代卫星通信需要基于准确，量大、实时、传输距离远，卫星通信要求更高的传输数据速率。

既然以前流传的模式难以完成，那么什么样的职业生涯能发挥更大的作用呢？ 考虑到光，激光通过以接近光速的速度传播新闻，实现实时、迅速的要求。

用于星际激光通信的激光比微波频率高3~4位数。 频率越高，意味着在相同的时间内变化越大，就像弹簧压缩一样，压入更多的数据，实现数据的重载。

选择激光作为载体，还得到了很多其他的便利。 杜利说明:星际激光通信不需要频率申请许可，但以前传来的无线电波频带是战术资源，目前国际电联严格控制星星的微波频带，不太容易申请大容量数据带宽，中国客户更难申请频率许可。 激光通信意味着绕过了管制空的道路，获得了更广阔的便利性空之间。

另外，星际激光通信具有比微波窄的光束，信号的复盖范围小，因此抗干扰性和耐截获性优异。 就像剑插得笔直一样，很难被阻止或解开。

在基础设备的功耗方面，激光通信也更加友好。 杜利解释说，当星际激光通信的能量凝聚度高，链路所需数据速率在gbps以上时，星际激光通信在终端体积、重量、功耗方面具有明显的特点，降低了对卫星平台的要求。

边跑边接，办许多转换手续

其目标是无论是星际激光通信还是星际微波通信，都实现以较高速度移动的两个以上的通信设备之间的实时通信。 杜利表示，需要处理的根本问题有两个。 一个是如何通信，另一个是如何建立通信链路，始终维持稳定的链路。

本质上，星际激光通信和星际微波通信是电磁波通信，两者的系统结构基本相同，都包括源、发射设备、信道、接收设备、汇5个部分。

一条新闻在空星座完成传输的路径，是信源生成新闻并将传输的各种新闻(拷贝、照片、语音、视频等)转换为原始电信号，称为消息信号，在信号生成后转换为适合在信道上移动的类型

星际激光通信与星际微波通信的不同之处在于，前者的新闻载体是光。 但是，由于设备的限制，信号无法以全光形式发送接收，所以需要在发送侧将应该发送的电信号变换为光信号，在接收侧将光信号变换为电信号，正确地复原原始的新闻。 杜利说明，也就是需要转换手续，相应地需要转换手续。

星际激光通信技术的通信过程是，a星的光发射机将原始新闻的电信号转换为光信号，调制后的光束经由发射光路以空间光的形式发射到b星。 星光接收机将光信号转换为回电信号，对信号进行放大、判断、滤波等解决，恢复激光载波上的原始新闻。 与此相对，星际微波通信的新闻载波为无线，不需要发送侧的电光转换和接收侧的光电转换。

百公里通过杨外，不掉线面临着更大的挑战

在茫茫太空中，从遥远的卫星发射的激光怎么能到达另一个卫星的接收设备呢？

以云天基物的互联网星座为例，两颗星星之间的距离平均数千公里，同时移动比较快。 杜利说。 想象一盏高瓦数、不发散的灯，准确地说距离数百公里，进入铜币中心，这枚铜币和灯本身还在迅速运行中，其难度高达100米，身穿杨千百倍。

不仅如此，建立联系的瞬间精度还只是第一步，在严酷的太空环境下保持稳定均匀持久的联系，不离线对星际激光通信设备也提出了更高的要求。

杜利介绍说，建立星际通信链路，维持链路的稳定性是最重要的技术。 两颗卫星总是以比较高的速度运动，为了正常构建和稳定链条，需要采取几个大的步骤，即瞄准、捕捉和跟踪。

瞄准是指激光终端朝向特定的方向发射信标光，使对方能够接收。 为了互相瞄准，a星和b星需要知道何时开始瞄准，对方何时出现在哪个空之间，光束从己方射出到达对方需要多长时间，在某个时刻开始工作后，双方 承诺根据对方卫星轨道预报等消息，实时计算对方星的相对位置(相对立场)，向对方位置发射信标光。 如果发射信标光不足以涵盖对方恒星所在的未知范围，则需要使用信标光扫描该区域。 杜利解释。

信标束像信号弹一样相互定位，如果入射的信标光能够进入a星和b星激光接收机的探测视野内，就实现了双向捕获。 捕捉过程包括粗调。 也就是说，接收系统计算光斑的重心和接收光学系统的光轴标记点的去靶量，驱动接收光学系统的粗寻址机构进行偏转运动，使入射光斑的重心向光轴标记点方向移动。

追踪可以看作是微调矫正。 当捕捉模式的光斑逐渐接近标记点时，系统切换到跟踪模式，使用更小的窗口迅速计算脱目标量，实时跟踪以使入射光斑的重心始终保持在光轴标记点附近

星际激光通信是极远距离、极弱信号的检测，其技术难点来源于超远距离、链路的动态变化、多种噪声的空间环境。 杜利表示，由于距离太远，星际激光通信技术发展迅速，要求具备功率大、功耗低、线宽窄、温度稳定性好的激光模块、超高灵敏度的光电探测器和高速光电转换元件。

也就是说，要实现星际激光通信，以硬件的高灵敏度、高精度为基础，算法的快速准确是有保障的，经过软、硬件的协同快速发展和磨合，星际激光通信技术的高反应速度和高精度如建设时间的秒级 以上只是星际一对一通信，在星际激光组网中，还需要考虑多路接入、路由切换、空间互联网交换等问题。

对于商用激光通信星座来说，还需要考虑性能和价格的协调快速发展，不仅需要处理科学问题，还需要处理与不同领域的匹配、兼容性等问题。 杜利表示，星际激光通信作为高速数据传输手段，在需要快速回复卫星数据的情况下，激光链路可以提供良好的实时性，如灾情收集、紧急通信、敌情侦察、卫星导航等。 在需要传输大量数据(如全球测绘、气象探测等)时，激光链路具有很好的稳定性。 由星际激光通信技术构建的星际通信骨干网有望变革未来空间通信技术，为未来高速、高通量的天地一体化通信互联网建设奠定基础。 (记者张佳星)