大氣激光通信

大氣激光通信技術即無纖光通信技術是近年來出現的一種新興技術,其原理是載波光信號通過大氣作為傳輸信道完成點到點或點到多點的信息傳輸.該技術採用半導體激光器為光源,所構成的通信系統為無線數字通信系統,主要用於固定點使用,也可用作應急搶通,其潛在的應用領域是在數據網,電話網,微蜂網及微微蜂窩網的入網應急設備及不便敷設電纜及光纜的近距離場合.大氣激光通信設備具有無電磁干擾,組網機動靈活,安裝維護方便,通信可靠性高,保密性好,性能價格比優等優點,可傳輸多種速率的數據,話音,圖像,具有廣闊的應用前景.隨着技術的不斷完善和新器件的不斷出現,大氣激光通信技術已成為當今信息技術的一大熱門技術,其作用和地位已能和光纖通信,微波通信相提並論,是構築未來世界範圍通信網必不可少的一種技術.本文主要論述大氣激光通信的基本原理,關鍵技術及其發展現狀和應用領域。

大氣傳輸激光通信系統是由兩台激光通信機構成的通信系統，它們相互向對方發射被調製的激光脈衝信號（聲音或數據），接收並解調來自對方的激光脈衝信號，實現雙工通信。本系統可傳遞語音以及進行計算機間數據通信。受調製的信號通過功率驅動電路使激光器發光，這樣載有語音信號的激光通過光學天線發射出去。接收是另一端的激光通信機通過光學天線將收集到的光信號聚到光電探測器上，將這一光信號轉換成電信號，再將這一光信號放大，用閾值探測方法檢出有用信號，再經過解調電路濾去基頻分量和高頻分量，還原出語音信號，最後通過功放經耳機接收，完成語音通信。當開關k擲向下時，可傳遞數據，進行計算機間通信，這相當於一個數字通信系統。它由計算機、接口電路、調制解調器、大氣傳輸信道等幾部分組成。接口電路的作用是將計算機與調制解調器連接起來，使之能同步、協調工作。調製器的作用是把二進制脈衝變換成或調製成適宜在信道上傳輸的波形通信使激光器發光，其目的是在不改變傳輸結果的條件下，儘量減少激光器發射總功率。解調是調製的逆過程，它是把接收的已調製信號進行反變換，恢復出原數字信號送到接口電路。同步系統是數字通信系統中的重要組成部分之一，其作用是使通信系統的收、發端有統一的時間標準，使收端和發端步調一致。

軍事科技的迅猛發展要求人們尋找和發展更高頻率、更大容量、能快速架設、隱蔽性更好的信息載體，以適應密集技術條件下局部戰爭的要求。激光通信技術由於其單色性好、方向性強、光功率集中、難以竊聽、成本低、安裝快等特點，而引起各國的高度重視。 　1989年，美國成功地研製出一種短距離、隱蔽式的大氣激光通信系統；1990 年，又實驗成功適用於特種戰爭和低強度戰爭需要的紫外光波通信；90年代初，俄羅斯隨着其大功率半導體激光器件的研製成功，也開始了激光大氣通信系統技術的實用化研究。隨後，便推出了新型的半導體激光大氣通信系統，並在莫斯科、瓦洛涅什、圖拉等城市得以應用。俄羅斯有關專家普遍認為，半導體激光大氣通信系統在一定視距內有效地實現全天候通信是完全可能的，很有軍事潛力。 　大氣激光通信為無線通信的一種，它以光信號作為傳輸信息的載體，在大氣中直接傳輸。由於是無線通信，它可隨意移動到任何地點並實現移動溝通，這是它最大的軍用價值和優勢。就概念而論，大氣傳輸光學線路非常簡單，即用發射機將激光束髮射到接收機即可。然而，在實際的大氣傳輸中，激光狹窄的光束對準確的接收有很高的要求，因此係統還應包括主動對準裝置。在空間傳輸中，激光系統必須有很強的排除雜光的能力，否則陽光或其他照射光源就會淹沒激光束。在實踐中，需添加窄通濾光片，可以選擇接收激光波長而阻擋其他的波長。激光大氣通信系統得以實用化涉及的關鍵技術，主要有連續波大功率激光器技術；自適應變焦技術；光波窄帶濾波技術；光源穩頻技術；信號壓縮編碼技術；光學天線設計製作和安裝校準技術等。國外用於大氣激光通信的半導體激光器和接收器件已實現了商品化。據報道，近年美國、日本及俄羅斯等國都相繼推出了適用於半導體激光大氣通信的大功率器件，連續輸出光功率可從數十毫瓦到數瓦。 　與傳統的無線電通信手段相比，激光大氣通信具有安裝便捷、使用方便等特點，很適合於在特殊地形、地貌及有線通信難以實現和機動性要求較高的場所工作。此外，激光大氣通信系統跟其他無線電通信手段相比，還具有不擠佔寶貴的無線電頻率資源、電磁兼容性好、抗電磁干擾能力強、且不干擾其他傳輸設備、保密性強等特點，並且在有效通信距離和寬帶等方面還藴藏着巨大的發展潛力。 　與光纖通信相比，使用新技術光通信設備還具有建網和維護費用低廉；實際應用中線路建立快捷，特別適合快速搶通；運行安全，不易被竊聽；可移動，可升級等優點。因此，激光大氣通信可極大地提高光通信系統的通信能力，大大節省光—電—光中繼器及光端機，使通信技術產生新的飛躍。 　激光大氣通信的應用在軍事領域更是十分廣泛，可以架在高山之間完成邊防哨所和森林觀察的通信；可以臨時架設解決必要的通信及計算機聯網或作為移動通信的轉接站；可以架設在海岸、江河、島嶼或艦船上實現短距離保密通信；同時，其方便快捷和保密性好的優勢，還非常適應戰場移動指揮的通信需要。激光大氣通信技術已成為當今世界信息技術的一大熱點，專家預言，未來它將是構築軍事通信技術網必不可少的環節，因此其發展趨勢與潛力已引起各國高度重視。

1、系統指標 　全年可通率：93%（七級能見度） 　光源：ld（單或多模運轉） 　輸出光功率：10dbm 　工作波長：1310nm 　光接收動態範圍：＞20db 　電源：ac（50hz） 　工作温度：－25℃～+55℃ 　貯存温度：－40℃～+70℃ 　相對濕度：95%（30℃～60℃） 　2、光學天線性能指標 　發散角：＜2mrad 　光路損耗：10db（200m） 　光接口：fc/pc光纖適配器 　毛　重：10㎏ 　外形尺寸：340×210×168mm（長×寬×高） 　3、光端機性能指標 　光波長：1310nm 　光發射功率：+10dbm 　光接收功率：0～－10dbm 　輸入信號動態範圍：－5dbm～－25dbm（20db） 　輸出信號電平：－7dbm～－47dbm 　帶內平坦度：935mhz～960mhz　±0.5db 　890mhz～915mhz　±0.5db 　傳輸信號延時：≤1.2μs（300m距離） 　二階失真（cso）：55db 　三階差拍（ctb）：60db 　載噪比（c/n）：52db 　（在rf輸入信號功率為－5dbm,接收功率為－5dbm下測試） 　工作温度範圍：0℃～+45℃ 　功耗：＜40w 　外形尺寸：482×315×44mm（長×寬×高） 　重量：≤5㎏ 　4、2m基羣信號光端機性能指標 　標稱速率：2048kb/s 　接口碼型：hdb3碼 　誤碼率：1×10－9 　5、雙工器性能指標 　rx　tx 　頻率(mhz)：　 890～915　935～960 　帶寬(mhz)：　 25　25 　插入損耗(db)：　≤1.5　 ≤1.5 　帶內波動(db)：　＜0.5　 ＜0.5 　回波損耗(db)：　≥18　≥18 　抑制度：　≥90db@935mhz　 ≥90db @915mhz 　功率容量：100w 　温度：－25℃～+60℃