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12Gbps传输速率,本国第三回空间高速相干激光通

文章作者:科技生活 上传时间:2019-09-27

8月16日,中科院上海光机所研制的空间高速相干激光通信载荷搭载量子卫星发射升空,将开展卫星与新疆、北京地面站之间的高速相干激光通信技术验证。这将是我国首次开展空间高速相干激光通信试验,标志着我国初步具备研制星间相干激光通信载荷的能力。

近日,搭载首颗量子科学实验卫星发射升空的相干激光通信载荷“浮出水面”。这是我国首次开展的星地高速相干激光通信试验,已具备5.12Gbps数据、图片和视频的传输速率能力。(下图是以5.12Gbps速率下传实时接收的图像)

图片 1资料图:“墨子”量子卫星与地面站进行通信试验

空间高速激光通信技术用于实现星间、星地高速数据传输,可克服高分辨率卫星成像数据传输有限的瓶颈,是空间数据中继、星间组网的重要手段,也是一项国内外航天界高度关注的前沿高科技技术。

世界首次1550nm波段相干激光通信在轨试验

  中国科学院网站1月20日报道,我国首次开展的星地高速相干激光通信试验成功,此次试验是国内首次在轨相干激光通信试验,由2016年8月16日发射的“墨子”量子卫星进行,成功达到了5.12Gbps数据、图片和视频的传输速率能力。

量子卫星相干激光通信载荷指挥、中科院上海光机所副所长陈卫标表示,相干探测激光通信,具有灵敏度高、白天可工作等技术优点,特别适用于空间超远距离卫星间的高速激光通信。相对第一代几十、数百兆/秒速率的直接探测激光通信技术,第二代空间相干激光通信技术速率可达数千兆/秒,乃至数万兆/秒,成为国内外星间数据中继的主流方案。

此次试验是世界首次1550nm波段相干激光通信在轨试验。激光通信是一种利用激光传输信息的通信方式。相干激光通信技术具有接收灵敏度高、可全天时工作等特点,是未来空间高速通信组网的重要手段,可克服高分辨率成像卫星等数据传输有限的瓶颈,特别适用于空间超远距离卫星间的高速激光通信。

  此次由中科院上海光学精密机械所牵头研制的星地高速相干激光通信载荷是2012年在中科院支持下启动,2016年8月16日实验载荷搭载“墨子号”量子卫星发射升空,2016年12月28日至2017年1月15日开展了首轮在轨测试,实现了星地距离1000公里以上,低仰角(20度左右)情况下,下行单路通信速率5.12Gbps,并成功进行了图像传输,图片清晰;同时也进行上行PPM调制直接通信,通信速率20Mbps。

此前,欧美等发达国家已投入大量人力物力开展相关技术研究,并取得重要进展。2007年,欧空局率先在TerraSAR-X卫星与美国NFIRE卫星上采用多路复接方式实现了5.6千兆/秒的相干激光通信。2015年,欧空局又实现了低轨与高轨卫星之间的相干激光通信,通信距离达到5万公里,通信速率达到1.8千兆/秒,开辟了利用相干激光通信进行数据中继的先河。

相比第一代的几十、数百Mbps速率的直接探测激光通信技术,第二代的空间相干激光通信技术速率可达到数Gbps,乃至数十Gbps,是国际上高度关注的前沿高科技技术。

  星地相干激光通信载荷总指挥陈卫标介绍,这是我国首次开展星地高速相干激光通信试验,在轨测试的完成,表明该载荷已具备持续开展双向激光通信实验的能力,对我国高速相干激光通信技术来说,具备里程碑的意义。

据了解,2005年,中科院上海光机所开始空间相干激光通信技术的研究。2012年,在中科院支持下,启动相干激光通信在轨技术验证项目。通过3年多技术攻关,突破了星载高频率频率稳定人眼安全波段的光纤激光器、高速相干信息编码调制、高灵敏度相干接收、大容量实时数据处理等系列关键技术,目前已经完成星载相干激光通信发射终端和地面相干激光通信接收终端的研制工作,单路通信具备星地5.12千兆/秒速率的通信能力。

具备双向通信实验的条件

图片 2 5.12Gbps速率下图像传输效

在这之前,欧美等发达国家已投入大量人力物力开展激光通信技术研究。2007年,欧空局率先与美国合作,在两颗卫星之间,采用1064nm波段、多路复接方式实现了5.6Gbps的相干激光通信。2013年,美国宇航局在月球和地球之间建立了激光链路,演示激光通信的下载和上传数据的能力。2014年6月6日,美国航天局宣布利用激光束把一段时长37秒的高清视频,从国际空间站传输到地面,只用了3.5秒,而传统技术下载需要至少10分钟。2015年,欧空局又实现了低轨与高轨卫星之间的相干激光通信,通信速率达到1.8Gbps,开辟了利用相干激光通信进行数据中继的先河。

  激光通信具有通信速率高、保密性强等优点,是未来空间宽带骨干网的首选。其中相干激光通信技术具有十 Gbps 量级通信速率、接收灵敏度高、可全天时工作等技术优点,是未来空间高速通信组网的重要手段,成为国内外数据中继、宽带通信组网的主流方案。欧美都在着手开展相关研究,目前欧空局的欧洲数据中继计划已经采用了相干激光通信技术实现了1.8Gbps 在轨应用,美国激光中继计划实现了2.88Gbps 演示验证。

此次由中科院上海光机所牵头研制的空间高速相干激光通信载荷是2012年在中科院支持下启动,2016年8月16日搭载“墨子号”量子卫星发射升空,2016年12月28日至2017年1月15日开展了首轮在轨测试,实现了星地距离1000公里以上,低仰角情况下,下行单路通信速率5.12Gbps,并成功进行了图像传输,图片清晰;同时也进行上行PPM调制直接通信,通信速率20 Mbps。

  星地高速相干激光通信实验载荷由上海光机所牵头负责,上海微小卫星研究中心、上海技术物理研究所、光电技术研究所等研制单位合作。该载荷采用相干激光通信体制,最高通信速率达到5.12Gbps,同时具备多速率切换,数据、图片和视频等多业务传输的能力,用以验证相干激光通信技术用于星间和星地链路的可行性,为组网应用奠定基础。

高速相干激光通信载荷总指挥陈卫标介绍,这是我国首次开展空间高速相干激光通信试验,在轨测试的完成,表明该载荷已具备持续开展双向激光通信实验的能力,对我国高速相干激光通信技术来说,具备里程碑的意义。

图片 3 低仰角过境时的通信速率5.12Gbps时的通信距离和误码率

  此次试验是世界首次1550nm波段相干激光通信在轨试验。激光通信是一种利用激光传输信息的通信方式。相干激光通信技术具有接收灵敏度高、可全天时工作等特点,是未来空间高速通信组网的重要手段,可克服高分辨率成像卫星等数据传输有限的瓶颈,特别适用于空间超远距离(数万公里)卫星间的高速激光通信。

  相比第一代的几十、数百Mbps速率的直接探测激光通信技术,第二代的空间相干激光通信技术速率可达到数Gbps,乃至数十Gbps,是国际上高度关注的前沿高科技技术。

  在这之前,欧美等发达国家已投入大量人力物力开展激光通信技术研究。2007年,欧空局率先与美国合作,在两颗卫星之间,采用1064nm波段、多路复接方式实现了5.6Gbps的相干激光通信。2013年,美国宇航局在月球和地球之间建立了激光链路,演示激光通信的下载和上传数据的能力。2014年6月6日,美国航天局宣布利用激光束把一段时长37秒的高清视频,从国际空间站传输到地面,只用了3.5秒,而传统技术下载需要至少10分钟。2015年,欧空局又实现了低轨与高轨卫星之间的相干激光通信,通信速率达到1.8Gbps,开辟了利用相干激光通信进行数据中继的先河。

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