我国星地激光高速通信业务化应用实验取得成功
时间 : 2023-07-13     

近日,中国科学院空天信息创新研究院(以下简称“空天院”)利用自主研制成功的500mm口径激光通信地面系统与长光卫星技术股份有限公司所属吉林一号MF02A04星开展了星地激光通信实验,通信速率达到10Gbps(每秒10G比特),所获取的卫星载荷数据质量良好,可满足高标准业务化应用需求。本次实验标志着我国已成功实现星地激光高速通信的工程应用,星地通信速率由Gbps迈入10Gbps时代。

空天院激光地面系统技术负责人、高级工程师李亚林介绍,当前星地通信主要采用微波技术,但微波频段资源有限,常用的X频段仅有375兆赫(MHz),近年来开始应用的Ka频段也只有1.5吉赫(GHz),难以满足星地海量数据传输需求。与微波相比,激光频谱资源极其丰富,带宽可达数百吉赫(GHz)。“如果将频段比作道路,那么X频段是单车道,Ka频段是四车道,而激光可容纳成百甚至上千车道。利用激光通信每秒可传输1部高清电影,相较于现有的微波通信速率高出1~2个量级(十倍到近千倍)。”

同时,由于激光的发散角很小,能量高度集中,这样激光地面系统接收到的功率密度高,所以卫星能够“轻装上阵”,以远小于微波通信载荷的体积、重量和功耗实现超高速率的通信。此外,激光具有很强的抗电磁干扰能力,用激光作为载波进行数据的发射与接收,还能够显著提高星地通信的安全性。

星地激光通信技术难度高,空天院联合中国科学院光电所、北京融为科技有限公司,先后突破了大气信道预测及任务规划调度、激光信号的快速捕获建链和自适应光学校正、复杂大气条件下的无误码传输等一系列关键技术,在本次星地激光通信实验中按照业务化应用标准,成功完成了星地协同任务规划,激光信号双向捕获、稳定建链、自适应光学校正,基带信号高速解调译码,通信数据实时解析、误码重传、断点续传、记录输出等业务流程,实现了在非稳态信道下的星地激光高速、高可靠通信。

中国科学院院士、空天院院长吴一戎表示,目前我国遥感卫星探测获取的海量数据无法及时落地问题十分突出,严重影响了卫星应用效能发挥。在充分利用现有微波地面站的基础上,积极布局国家卫星激光通信地面站网,“激光+微波”组合运行模式将有望彻底解决我国星地通信瓶颈问题,可为我国经济社会高质量发展和社会公共需求提供更好的技术支撑和服务。

 
 
实验获取的首批遥感影像(吉林一号MF02A04星下传)
 
实验现场
 
                                                     激光通信地面系统发射上行激光 
(中国遥感卫星地面站  王峥提供)