我國(guó)首次開(kāi)展的星地高速相干激光通信試驗(yàn)成功，此次試驗(yàn)是國(guó)內(nèi)首次在軌相干激光通信試驗(yàn)，由2016年8月16日發(fā)射的“墨子”量子衛(wèi)星進(jìn)行，成功達(dá)到了5.12Gbps數(shù)據(jù)、圖片和視頻的傳輸速率能力。

此次由中科院上海光學(xué)精密機(jī)械所牽頭研制的星地高速相干激光通信載荷是2012年在中科院支持下啟動(dòng)，2016年8月16日實(shí)驗(yàn)載荷搭載“墨子號(hào)”量子衛(wèi)星發(fā)射升空，2016年12月28日至2017年1月15日開(kāi)展了首輪在軌測(cè)試，實(shí)現(xiàn)了星地距離1000公里以上，低仰角(20度左右)情況下，下行單路通信速率5.12Gbps，并成功進(jìn)行了圖像傳輸，圖片清晰;同時(shí)也進(jìn)行上行PPM調(diào)制直接通信，通信速率20Mbps。

星地相干激光通信載荷總指揮陳衛(wèi)標(biāo)介紹，這是我國(guó)首次開(kāi)展星地高速相干激光通信試驗(yàn)，在軌測(cè)試的完成，表明該載荷已具備持續(xù)開(kāi)展雙向激光通信實(shí)驗(yàn)的能力，對(duì)我國(guó)高速相干激光通信技術(shù)來(lái)說(shuō)，具備里程碑的意義。

資料圖：“墨子”量子衛(wèi)星與地面站進(jìn)行通信試驗(yàn)

5.12Gbps速率下圖像傳輸效

激光通信具有通信速率高、保密性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，是未來(lái)空間寬帶骨干網(wǎng)的首選。其中相干激光通信技術(shù)具有十 Gbps 量級(jí)通信速率、接收靈敏度高、可全天時(shí)工作等技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，是未來(lái)空間高速通信組網(wǎng)的重要手段，成為國(guó)內(nèi)外數(shù)據(jù)中繼、寬帶通信組網(wǎng)的主流方案。歐美都在著手開(kāi)展相關(guān)研究，目前歐空局的歐洲數(shù)據(jù)中繼計(jì)劃已經(jīng)采用了相干激光通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)了1.8Gbps 在軌應(yīng)用，美國(guó)激光中繼計(jì)劃實(shí)現(xiàn)了2.88Gbps 演示驗(yàn)證。

星地高速相干激光通信實(shí)驗(yàn)載荷由上海光機(jī)所牽頭負(fù)責(zé)，上海微小衛(wèi)星研究中心、上海技術(shù)物理研究所、光電技術(shù)研究所等研制單位合作。該載荷采用相干激光通信體制，最高通信速率達(dá)到5.12Gbps，同時(shí)具備多速率切換，數(shù)據(jù)、圖片和視頻等多業(yè)務(wù)傳輸?shù)哪芰?，用以?yàn)證相干激光通信技術(shù)用于星間和星地鏈路的可行性，為組網(wǎng)應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

低仰角過(guò)境時(shí)的通信速率5.12Gbps時(shí)的通信距離和誤碼率

此次試驗(yàn)是世界首次1550nm波段相干激光通信在軌試驗(yàn)。激光通信是一種利用激光傳輸信息的通信方式。相干激光通信技術(shù)具有接收靈敏度高、可全天時(shí)工作等特點(diǎn)，是未來(lái)空間高速通信組網(wǎng)的重要手段，可克服高分辨率成像衛(wèi)星等數(shù)據(jù)傳輸有限的瓶頸，特別適用于空間超遠(yuǎn)距離(數(shù)萬(wàn)公里)衛(wèi)星間的高速激光通信。

相比第一代的幾十、數(shù)百M(fèi)bps速率的直接探測(cè)激光通信技術(shù)，第二代的空間相干激光通信技術(shù)速率可達(dá)到數(shù)Gbps，乃至數(shù)十Gbps，是國(guó)際上高度關(guān)注的前沿高科技技術(shù)。

在這之前，歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家已投入大量人力物力開(kāi)展激光通信技術(shù)研究。2007年，歐空局率先與美國(guó)合作，在兩顆衛(wèi)星之間，采用1064nm波段、多路復(fù)接方式實(shí)現(xiàn)了5.6Gbps的相干激光通信。2013年，美國(guó)宇航局在月球和地球之間建立了激光鏈路，演示激光通信的下載和上傳數(shù)據(jù)的能力。2014年6月6日，美國(guó)航天局宣布利用激光束把一段時(shí)長(zhǎng)37秒的高清視頻，從國(guó)際空間站傳輸?shù)降孛妫挥昧?.5秒，而傳統(tǒng)技術(shù)下載需要至少10分鐘。2015年，歐空局又實(shí)現(xiàn)了低軌與高軌衛(wèi)星之間的相干激光通信，通信速率達(dá)到1.8Gbps，開(kāi)辟了利用相干激光通信進(jìn)行數(shù)據(jù)中繼的先河。