大气激光通信

技术发展

　　大气激光通信技术即无纤光通信技术是近年来出现的一种新兴技术,其原理是载波光信号通过大气作为传输信道完成点到点或点到多点的信息传输.该技术采用半导体激光器为光源,所构成的通信系统为无线数字通信系统,主要用于固定点使用,也可用作应急抢通,其潜在的应用领域是在数据网,电话网,微蜂网及微微蜂窝网的入网应急设备及不便敷设电缆及光缆的近距离场合.大气激光通信设备具有无电磁干扰,组网机动灵活,安装维护方便,通信可靠性高,保密性好,性能价格比优等优点,可传输多种速率的数据,话音,图像,具有广阔的应用前景.随着技术的不断完善和新器件的不断出现,大气激光通信技术已成为当今信息技术的一大热门技术,其作用和地位已能和光纤通信,微波通信相提并论,是构筑未来世界范围通信网必不可少的一种技术.本文主要论述大气激光通信的基本原理,关键技术及其发展现状和应用领域。

系统组成

　　大气传输激光通信系统是由两台激光通信机构成的通信系统，它们相互向对方发射被调制的激光脉冲信号（声音或数据），接收并解调来自对方的激光脉冲信号，实现双工通信。下图所示的是一台激光通信机的原理框图。由图可见，本系统可传递语音以及进行计算机间数据通信。受调制的信号通过功率驱动电路使激光器发光，这样载有语音信号的激光通过光学天线发射出去。接收是另一端的激光通信机通过光学天线将收集到的光信号聚到光电探测器上，将这一光信号转换成电信号，再将这一光信号放大，用阈值探测方法检出有用信号，再经过解调电路滤去基频分量和高频分量，还原出语音信号，通过功放经耳机接收，完成语音通信。当开关K掷向下时，可传递数据，进行计算机间通信，这相当于一个数字通信系统。它由计算机、接口电路、调制解调器、大气传输信道等几部分组成，其基本模式如下图中相关部分所示。

　　接口电路的作用是将计算机与调制解调器连接起来，使之能同步、协调工作。调制器的作用是把二进制脉冲变换成或调制成适宜在信道上传输的波形通信使激光器发光，其目的是在不改变传输结果的条件下，尽量减少激光器发射总功率。解调是调制的逆过程，它是把接收的已调制信号进行反变换，恢复出原数字信号送到接口电路。同步系统是数字通信系统中的重要组成部分之一，其作用是使通信系统的收、发端有统一的时间标准，使收端和发端步调一致。

军事运用

　　军事科技的迅猛发展要求人们寻找和发展更高频率、更大容量、能快速架设、隐蔽性更好的信息载体，以适应密集技术条件下局部战争的要求。激光通信技术由于其单色性好、方向性强、光功率集中、难以窃听、成本低、安装快等特点，而引起各国的高度重视。

　　1989年，美国成功地研制出一种短距离、隐蔽式的大气激光通信系统；1990 年，又实验成功适用于特种战争和低强度战争需要的紫外光波通信；90年代初，俄罗斯随着其大功率半导体激光器件的研制成功，也开始了激光大气通信系统技术的实用化研究。随后，便推出了新型的半导体激光大气通信系统，并在莫斯科、瓦洛涅什、图拉等城市得以应用。俄罗斯有关专家普遍认为，半导体激光大气通信系统在一定视距内有效地实现全天候通信是完全可能的，很有军事潜力。

　　大气激光通信为无线通信的一种，它以光信号作为传输信息的载体，在大气中直接传输。由于是无线通信，它可随意移动到任何地点并实现移动沟通，这是它的军用价值和优势。就概念而论，大气传输光学线路非常简单，即用发射机将激光束发射到接收机即可。然而，在实际的大气传输中，激光狭窄的光束对准确的接收有很高的要求，因此系统还应包括主动对准装置。在空间传输中，激光系统必须有很强的排除杂光的能力，否则阳光或其他照射光源就会淹没激光束。在实践中，需添加窄通滤光片，可以选择接收激光波长而阻挡其他的波长。

　　目前而论，激光大气通信系统得以实用化涉及的关键技术，主要有连续波大功率激光器技术；自适应变焦技术；光波窄带滤波技术；光源稳频技术；信号压缩编码技术；光学天线设计制作和安装校准技术等。目前，国外用于大气激光通信的半导体激光器和接收器件已实现了商品化。据报道，近年美国、日本及俄罗斯等国都相继推出了适用于半导体激光大气通信的大功率器件，连续输出光功率可从数十毫瓦到数瓦。

　　与传统的无线电通信手段相比，激光大气通信具有安装便捷、使用方便等特点，很适合于在特殊地形、地貌及有线通信难以实现和机动性要求较高的场所工作。此外，激光大气通信系统跟其他无线电通信手段相比，还具有不挤占宝贵的无线电频率资源、电磁兼容性好、抗电磁干扰能力强、且不干扰其他传输设备、保密性强等特点，并且在有效通信距离和宽带等方面还蕴藏着巨大的发展潜力。

　　与光纤通信相比，使用新技术光通信设备还具有建网和维护费用低廉；实际应用中线路建立快捷，特别适合快速抢通；运行安全，不易被窃听；可移动，可升级等优点。因此，激光大气通信可极大地提高光通信系统的通信能力，大大节省光—电—光中继器及光端机，使通信技术产生新的飞跃。

　　激光大气通信的应用在军事领域更是十分广泛，可以架在高山之间完成边防哨所和森林观察的通信；可以临时架设解决必要的通信及计算机联网或作为移动通信的转接站；可以架设在海岸、江河、岛屿或舰船上实现短距离保密通信；同时，其方便快捷和保密性好的优势，还非常适应战场移动指挥的通信需要。

　　目前，激光大气通信技术已成为当今世界信息技术的一大热点，专家预言，未来它将是构筑军事通信技术网必不可少的环节，因此其发展趋势与潜力已引起各国高度重视。

机的参数指标

　　1、系统指标

　　全年可通率：93%（七级能见度）

　　光源：LD（单或多模运转）

　　输出光功率：10dBm

　　工作波长：1310nm

　　光接收动态范围：＞20dB

　　电源：AC（50Hz）

　　工作温度：－25℃～＋55℃

　　贮存温度：－40℃～＋70℃

　　相对湿度：95%（30℃～60℃）

　　2、光学天线性能指标

　　发散角：＜2mrad

　　光路损耗：10dB（200m）

　　光接口：FC/PC光纤适配器

　　毛　重：10㎏

　　外形尺寸：340×210×168mm（长×宽×高）

　　3、光端机性能指标

　　光波长：1310nm

　　光发射功率：＋10dBm

　　光接收功率：0～－10dBm

　　输入信号动态范围：－5dBm～－25dBm（20dB）

　　输出信号电平：－7dBm～－47dBm

　　带内平坦度：935MHz～960MHz　±0.5dB

　　890MHz～915MHz　±0.5dB

　　传输信号延时：≤1.2μs（300m距离）

　　二阶失真（CSO）)：55dB

　　三阶差拍（CTB）)：60dB

　　载噪比（C/N）)：52dB

　　（在RF输入信号功率为－5dBm,接收功率为－5dBm下测试）

　　工作温度范围：0℃～＋45℃

　　功耗：＜40W

　　外形尺寸：482×315×44mm（长×宽×高）

　　重量：≤5㎏

　　4、2M基群信号光端机性能指标

　　标称速率：2048kb/s

　　接口码型：HDB3码

　　误码率：1×10－9

　　5、双工器性能指标

　　Rx　　　　　　Tx

　　频率(MHz)：　　 890～915　　　　935～960

　　带宽(MHz)：　　 25　　　　　　　25

　　插入损耗(dB)：　≤1.5　　　　　 ≤1.5

　　带内波动(dB)：　＜0.5　　　　　 ＜0.5

　　回波损耗(dB)：　≥18　　　　　　≥18

　　抑制度：　　　　≥90dB@935MHz　 ≥90dB @915MHz

　　功率容量：100W

　　温度：－25℃～＋60℃