1.2.3 日本

日本開始進行星地光通信研究的時間較美國要晚一些，但是日本的研究進展迅速，并于1995年與美國噴氣動力實驗室一起實現了世界上首次星地光通信鏈路，從而證明了星地光通信是可行的。激光終端搭載的衛星平臺是日本的ETS-VI衛星，于1994年8月28日發射。該衛星與JPL的光學地面站開展了地面―軌道飛行器間激光通信演示（Ground/Orbiter Lasercomm Demonstration,GOLD）試驗。如圖1-18所示，GOLD試驗采用1個0.6 m和1個1.2 m望遠鏡，其中0.6 m望遠鏡用于1.024 Mbit/s上行信號光發射，調制方式為曼徹斯特偽隨機碼。激光通信終端的望遠鏡口徑為75 mm，具備光束瞄準、捕獲和跟蹤能力，實現方式為單反射鏡。下行發射光波長為830 nm，上行接收光波長為514.5 nm，采用硅基雪崩光電二極管（APD）作為通信接收器件。

日本航天局（JAXA）從1992年開始了名為OICETS的概念設計和可行性試驗衛星計劃，包括LUCE在內的初步設計在1994年完成。LUCE的工程樣機集成后開展了熱真空、電磁兼容性等環境適應性試驗，隨后研制的正樣件也經過了相應的環境試驗。2003年9月，Artemis衛星和日本的LUCE激光終端在西班牙借助光學地面站實現了光學捕獲、跟蹤和通信測試，驗證了接口和流程的適配性。 OICETS衛星于2005年8月發射升空，軌道類型為太陽同步軌道，軌道高度為610 km，軌道傾角為97.8°。2005年12月，JAXA成功實現了世界上首次OICETS與Artemis衛星的星間雙向激光通信試驗，上行速率50 Mbit/s，下行速率2 Mbit/s，如圖1-19所示。

為了驗證星地激光通信的可用性，JAXA在2006年開展了 KODEN計劃，旨在通過多個地面站降低大氣湍流和天氣的影響。整個試驗分為5個階段進行，前三個階段分別在3月、5月、9月進行。這是首次低軌衛星對地激光通信試驗。第一階段采用多光束發射技術降低大氣湍流強度起伏；第二階段因為天氣原因沒有成功；第三階段測試了上行和下行的通信誤碼率；第四階段采用新的快反鏡測試星地下行的單模光纖耦合效率，測試激光光束的大氣傳播特性，并且測試LDPC糾錯碼對上行鏈路性能的改善作用；第五階段開展多個地面站聯合通信的試驗，成功和美國 JPL、歐洲航天局西班牙、德國宇航中心、日本 NICT 的4個光學地面站開展了聯合通信試驗，如圖1-20所示。

NICT光學地面站試驗時段一般安排在1:00-2:00，一共開展了57次建鏈通信試驗，其中建鏈成功次數為28次，由于雨和云造成建鏈失敗的次數為26次，操作失誤3次。在4站聯合試驗時的各站成功概率見表1-1。

假設4個光學地面站是不相關的，多站聯合建鏈概率可以表示為

根據式（1-1）計算的4站聯合成功概率為0.990 3。因此通過多站聯合提升星地鏈路可用度是可行的。

日本還開展了小型光學應答機（Small Optical Transponder,SOTA）的研制。該激光終端于2014年5月24日隨SOCRACTES衛星發射升空，軌道高度628 km，軌道傾角97.69°，主要發射目的為在軌驗證捕獲，通信編譯碼等。SOTA 的主要技術參數見表1-2，光學頭如圖1-21所示。