1.1 空間激光通信概述

空間激光通信是以激光光波為載體在空間（包括近地的大氣空間、臨近空間、低軌（Low Earth Orbit，LEO）/地球同步軌道（Geosynchronous Earth Orbit，GEO）、星際空間、深空等）信道之間進(jìn)行信息交換的通信方式。因?yàn)榧す饩哂休d波頻率高、單色性好、方向性強(qiáng)、功率密度大以及光束特性好等特點(diǎn)，所以激光通信與射頻通信相比，具有高速、輕型、安全（抗電磁干擾和抗截獲能力強(qiáng)）等明顯優(yōu)勢(shì)，可以大幅提升空間信息網(wǎng)絡(luò)的信息傳輸速度和帶寬容量，保證空間信息網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)在復(fù)雜電磁環(huán)境下安全、可靠、快速地傳輸信息。

隨著信息傳輸量呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，未來(lái)，用戶對(duì)數(shù)據(jù)傳輸能力的需求越來(lái)越高。利用激光通信技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)的敵我態(tài)勢(shì)感知、對(duì)自然災(zāi)害狀態(tài)等進(jìn)行“現(xiàn)場(chǎng)直播”式的實(shí)時(shí)傳送，因此，激光通信技術(shù)從實(shí)現(xiàn)國(guó)防安全到服務(wù)國(guó)計(jì)民生都有重大意義，是涉及國(guó)家戰(zhàn)略安全的重要通信手段，且特別適用于無(wú)人平臺(tái)、飛機(jī)、衛(wèi)星等載荷能力有限、數(shù)據(jù)傳輸量大的通信平臺(tái)。

空間激光通信具有以下4個(gè)優(yōu)點(diǎn)。

① 數(shù)據(jù)傳輸速率高，通信容量大。空間激光通信的載波頻率為1 013～1 015 Hz，比微波通信的載波頻率高幾個(gè)數(shù)量級(jí)，單通道就可提供高達(dá)10 Gbit/s量級(jí)以上的數(shù)據(jù)傳輸速率，遠(yuǎn)大于目前微波通信幾百兆比特每秒的數(shù)據(jù)傳輸速率。通過波分復(fù)用（Wavelength Division Multiplexing，WDM），空間激光通信的數(shù)據(jù)傳輸速率可以達(dá)到每秒數(shù)百吉比特以上。

② 發(fā)射功率需求較小。空間激光通信的光束發(fā)散角遠(yuǎn)小于微波通信的波束發(fā)散角，所以空間激光通信的天線增益遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于微波通信的天線增益。

③ 接收/發(fā)射天線和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較小。空間激光通信的工作波長(zhǎng)比微波通信的工作波長(zhǎng)小3～5個(gè)量級(jí)，其系統(tǒng)的質(zhì)量和體積相對(duì)更小、更輕。

④ 保密性高，抗干擾能力強(qiáng)。與射頻通信不同，空間激光通信采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信模式，因而具有保密性高、抗干擾能力強(qiáng)和不易被截獲的特點(diǎn)，在軍事領(lǐng)域起到越來(lái)越重要的作用。

盡管受制于光電轉(zhuǎn)換效率、光檢波器效率、指向誤差以及路徑損耗等實(shí)際應(yīng)用問題，空間激光通信技術(shù)應(yīng)用于軍事領(lǐng)域會(huì)受到一定的限制（大氣、全天候、戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境等），但上述4個(gè)優(yōu)點(diǎn)仍然使其擁有足夠的吸引力。就現(xiàn)階段的技術(shù)發(fā)展情況來(lái)說(shuō)，射頻通信和空間激光通信各自都存在優(yōu)缺點(diǎn)，且它們的優(yōu)缺點(diǎn)具有互補(bǔ)性，兩者混合應(yīng)用則有望實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、建立高速且穩(wěn)定的通信鏈路。因此，激光通信和射頻通信相結(jié)合可以實(shí)現(xiàn)兩種通信有效共存和優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，已經(jīng)成為未來(lái)通信的趨勢(shì)。