機(jī)載激光通信系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢

祁 鋒

（陸軍裝甲兵學(xué)院蚌埠校區(qū)，蚌埠 233000）

1 機(jī)載激光通信系統(tǒng)的基本情況介紹

一般，機(jī)載激光通信系統(tǒng)由三部分組成，分別是激光收發(fā)系統(tǒng)、跟蹤瞄準(zhǔn)系統(tǒng)以及通信分系統(tǒng)。其中的激光發(fā)射系統(tǒng)包含信標(biāo)光發(fā)射系統(tǒng)和信號光發(fā)射系統(tǒng)；激光接收系統(tǒng)包含信標(biāo)光接收系統(tǒng)和信號光接收系統(tǒng)；跟蹤瞄準(zhǔn)系統(tǒng)包含粗跟蹤伺服系統(tǒng)和精跟蹤探測單元；通信分系統(tǒng)包含信號的編碼、調(diào)制、解調(diào)以及存儲等單元。整個機(jī)載激光通信系統(tǒng)的核心是激光收發(fā)系統(tǒng)。

另外，機(jī)載激光通信系統(tǒng)的安裝方式有三種，分別是機(jī)身安裝、機(jī)艙安裝以及吊艙安裝。其中當(dāng)使用機(jī)身安裝方式的時候，將激光通信系統(tǒng)安裝在飛機(jī)機(jī)身的腹部或前部，通信系統(tǒng)僅有一小部分暴露在外面；使用機(jī)艙安裝方式的時候，會將激光通信系統(tǒng)安裝在機(jī)艙的內(nèi)部，此時通信系統(tǒng)會通過光學(xué)窗口、機(jī)艙的開孔以及機(jī)艙門等來實(shí)現(xiàn)和外部世界的通信功能；使用吊艙安裝方式的時候，會將激光通信系統(tǒng)安裝在光電吊艙（具備粗跟蹤伺服功能）中，可以隔離機(jī)身的振動并完成粗跟蹤功能。通常情況下，機(jī)艙安裝方式只用在試驗(yàn)過程中，而使用機(jī)身安裝方式時由于無法有效的隔離機(jī)身的振動，而會降低系統(tǒng)的跟蹤精度[1]。因而在實(shí)際的操作中，人們研究最多的一種安裝方式是吊艙安裝，機(jī)身安裝的研究數(shù)量次之。

2 機(jī)載激光通信系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀

2.1 國外研究現(xiàn)狀

1970年，美國制造飛機(jī)和導(dǎo)彈的大壟斷企業(yè)麥道公司展示了1Gbps激光通信桌面試驗(yàn)系統(tǒng)，并在此基礎(chǔ)上開始研制空間飛行測試系統(tǒng)，可是中間因?yàn)橘Y金問題，研究沒有能夠繼續(xù)下去；1994年9月，ThermoTrex公司研制出了激光通信系統(tǒng)的地面端機(jī)，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，該地面端機(jī)具備在150km距離的條件下1.13Gbps的雙向通信能力；2003年，美國空軍研究實(shí)驗(yàn)室開始了一個新的研究項(xiàng)目，利用貨架產(chǎn)品和商用技術(shù)來研發(fā)機(jī)載激光通信端機(jī)，該端機(jī)具備在100km距離和12km距離的條件下2.5Gbps雙向通信功能；2006年，AOptix公司創(chuàng)造性的將自適應(yīng)光學(xué)理論引入到激光通信研究工作中。其在當(dāng)年5月份的時候，演示了飛艇利用波分復(fù)用技術(shù)從1km高的地方向地面發(fā)送80Gbps數(shù)據(jù)；德國宇航局在2008年11月份的時候，在第一次低速試驗(yàn)（100 m/s）中，僅使用粗跟蹤就成功達(dá)到了40 km通信和85 km跟蹤。2013年11月，在快速機(jī)載試驗(yàn)中，加入了精跟蹤光路進(jìn)行了1.25Gbps對地通信，跟蹤距離達(dá)到79km，通信距離達(dá)到50km。

2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

2011年的時候，長春理工大學(xué)成功實(shí)現(xiàn)了兩架直升機(jī)在17.5km距離條件下1.2Gbps的通信；2013年的時候，又完成了兩架運(yùn)12分機(jī)在144km距離條件下2.5Gbps的通信。就目前的研究現(xiàn)狀來看，我國在該領(lǐng)域中還有巨大的研究空間。

3 機(jī)載激光通信系統(tǒng)發(fā)展趨勢

3.1 需要進(jìn)一步去克服大氣信道對激光傳輸?shù)挠绊?/h3>

在激光的傳輸過程中，大氣信道會對其造成極為嚴(yán)重的影響，因而激光在傳輸?shù)倪^程中經(jīng)常會出現(xiàn)光斑質(zhì)心漂移、相位隨機(jī)變化以及光強(qiáng)隨機(jī)起伏等現(xiàn)象[2]。雖然目前在近地大氣環(huán)境下基本可以這種大氣信道的干擾，但是在飛機(jī)的飛行過程中，大氣湍流的變化幅度和頻率均會有較大的起伏，因此今后需要在這方面多做一些研究。

3.2 需要進(jìn)一步針對跟蹤技術(shù)和精確定位進(jìn)行研究

由于飛機(jī)的飛行速度較快，并且在飛行的過程中還會受到大氣湍流和背景雜光的影響，飛機(jī)飛行速度較快的時候要想實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定追蹤其難度本來就比較大，另外大氣湍流還會引起飛機(jī)相位的漂移，而背景雜光也有可能會造成假目標(biāo)，這些因素都有可能會造成獲取目標(biāo)的失敗。因而探究雜光以及氣流的特性，從而制定出具有針對性的追蹤方案也是未來亟待解決的問題。

3.3 需要進(jìn)一步研究通信系統(tǒng)的光學(xué)系統(tǒng)

具有一個高度穩(wěn)定的光學(xué)系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)機(jī)載激光通信系統(tǒng)的高精度追蹤的幾個基礎(chǔ)性保障條件，在飛機(jī)飛行過程中，由于會受到高風(fēng)速、低氣壓以及低氣溫等的影響，而在這種情況下要想保持光學(xué)系統(tǒng)的高精度性存在著不小的困難。因而，在高空惡劣環(huán)境下研究光學(xué)系統(tǒng)的特性也是未來的趨勢。

4 結(jié)束語

和普通的地面及空間的其他平臺相比，機(jī)載平臺具有環(huán)境惡劣、振動幅度大、運(yùn)行速度快以及容易受到大氣環(huán)境影響等特性，相應(yīng)的這些因素給機(jī)載激光通信系統(tǒng)的研制工作帶來了極大的挑戰(zhàn)。但是隨著如今的激光通信技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)對于機(jī)載平臺激光通信系統(tǒng)的研究工作也取得一定的進(jìn)展。以上就是筆者根據(jù)自己的學(xué)習(xí)和思考，對機(jī)載激光通信系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀及其趨勢的一些見解，希望能夠?qū)ο嚓P(guān)的工作人員有所幫助。

[1] 劉庭杰，陳玉茹.機(jī)載激光通信特點(diǎn)與應(yīng)用簡介[J].硅谷，2012（12）：117-118.