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【摘要】大氣激光通信的應用越來越廣泛，本文簡要介紹了大氣激光通信系統的原理、特點及國內外標志事件，分析了技術特點，重點探討了大氣激光通信在軍、民領域的應用。
【關鍵詞】大氣激光通信；通信技術；激光通信應用
1引言
目前光通信手段中，主要利用光纖進行通信，光纖通信網絡速率高、穩定性好、傳輸帶寬大，但是光纖線路的架設費時費力、不易于跨越復雜地形、緊急情況下架設時間長。隨著科技的不斷發展，大氣激光通信以其單色性好、方向性強、光功率集中優點及其架設迅速、靈活簡便、隱蔽性好、難以竊聽、成本低廉等特點，在軍、民領域得到了較多的應用。
2大氣激光通信的原理及特點
2.1大氣激光通信原理
大氣激光通信的基本原理與無線電通信類似，由兩臺激光通信機構成的通信系統。為了使激光通信具有全雙工通信能力，每個系統都有信號調制電路、激光器和光發射（接收）天線。發射時，受調制的信號通過調制電路使激光器發光，使載有信號的激光通過光學天線發射一束受控擴散光束以便于接收天線接收。接收時，激光通信系統通過光學天線將收集到的光信號聚到光電探測器上，然后將這一光信號轉換成電信號，再經過濾波、解調，還原出原始信息。
2.2大氣激光通信特點
激光束具有高亮度、高頻率、良好的單色性和方向性。而大氣激光通信因為使用激光波束為載波，具有獨特的優點。主要有一下幾個方面：
2.2.1頻帶寬，容量大
大氣激光通信系統潛在的傳輸速率極高，其通信帶寬甚至高于光纖通信，速率可達10Gbit/s，甚至更高，能夠滿足軍事、搶險救災、野外作業等帶寬要求。
2.2.2尺寸小，使用便捷
與微波通信系統的天線相比，大氣激光通信系統的其發射和接收天線一般由光學透鏡組成，設備簡單，占用的空間相對較小。大氣激光通信以大氣為信道，無需鋪設通信線路。
2.2.3方向性好，保密性強
由于激光具有良好的方向性，雖然實際通信系統中發射的激光有一定的發散角度，但相較于其他的無線電通信要窄得多。對方要想截獲激光信號，必須在一個很小的區域內直接對準光路后，才可接收到信號，具有較高保密性。
2.2.4不占頻率資源，抗干擾強
大氣激光通信利用激光束為載波，既不向周圍發射電磁波也不受電磁波影響。于其他無線通信設備相比，既不擠占通信頻率，也不受電磁信號干擾。目前，還沒有針對激光載波的實用化的干擾方式。
3大氣激光通信的發展現狀及技術分析
世界各國對激光通信技術越來越重視，對空間激光通信和大型大氣激光通信技術均進行了深入研究。
3.1國內、外發展現狀
早在1960年代，國外就已經對大氣激光通信進行了研究。1980年，美國的噴氣實驗室就通過飛機實現了空對地的高速率通信。2001年Lucent公司在短距離內實現了高碼率的數據通信。2006年Lightpointe公司在香港大學醫學院實現了相距1.2km兩棟大樓之間的全雙工通信。2012年德國的TESAT公司在相距142km的兩個島上試驗了速率達5.625Gbps通信鏈路。2014年日本Trimble-FSO公司，推出了高速率通信產品。我國1970年才開始對激光通信進行研究。2013年34所進行了陸基長距離大氣激光通信傳輸實驗，在連續的測試中達到了較小的誤碼率。2014年電子科大測試了達到5Gbps的光通信系統。目前，國外大氣激光通信系統發展較快，已經在工程應用上取得一定成果。而國內，無論是從技術研發還是設備種類、性能都于國外同類產品有一定差距。
3.2技術分析
激光大氣通信系統得以實用化涉及的關鍵技術主要是高效的光學系統技術、高碼率的調制和解調技術、大氣信道補償技術、光波窄帶濾波技術、安裝校準以及高精度的對準跟蹤技術。
3.2.1高效的光學系統技術
光學系統是激光通信的關鍵部件之一。在設計光學系統時：①激光源的波長選擇。為了避開太陽關的影響，增加保密性，同時考慮到地球熱輻射的影響，一般選用紅外波段激光作為載波光源；②激光束散角的壓縮，和光束高質量的發射，以及光信號的接收檢測；③系統的小型化設計。
3.2.2高碼率的調制和解調技術
在通信技術和數據快速發展條件下，在傳輸速率和誤碼率上對大氣激光通信要求越來越高。目前主要采用強度調制/直接探測系統和相干調制/外差探測系統。
3.2.3大氣信道補償技術
大氣中水汽、塵土以及氣體分子等組成成分的變化，造成大氣對激光的吸收和散射，大氣湍流散斑和閃爍會影響激光傳輸質量。解決大氣信道對激光通信的影響，一般從激光能量和激光質量上加以解決。
3.2.4對準跟蹤技術
由于大氣激光通信系統使用的激光束發散角一般較小，因此實現通信鏈路的對準及跟蹤就需要對準跟蹤系統（APT）技術。典型APT系統一般采用嵌套伺服控制機構，它由兩個伺服環嵌套而成：低帶寬的粗跟蹤環嵌套高帶寬的精跟蹤環。還可在激光通信系統嵌入了GPS、北斗、伽利略等衛星定位系統，電子指南針，傾斜校準儀等校準儀器，提高掃描定位速度。
4大氣激光通信的應用
大氣激光傳輸技術的應用廣泛，到目前為止，已經有多個系統在全球安裝。
4.1在民用領域
可用于移動通信基站間信號傳輸，大氣激光傳輸系即可保證大帶寬，有能不干擾正常業務的情況下快速地完成安裝?？捎糜卺t院、院校、停車場等樓群和建筑物間網絡的互接。可避免繁雜市政手續、路面的開挖破壞、較高的施工費用和對環境或其他無線系統的干擾?？捎糜谑┕すさ?、沒有基礎通信設施的野外場所，可在短時間實現設備之間的連接?？捎糜诘卣?、洪水或海嘯等自然災害摧毀基礎設施后，大氣激光傳輸系統為通訊系統的應急連接提供了迅速的解決方案?？捎糜诳罩芯W絡、測控、測繪、攝影攝像信號的傳輸，可避免無線信號對飛行安全的影響，解決數據量大、實時傳輸困難、數據傳輸時間長等問題。
4.2在軍事領域
大氣激光通信主在軍事上的應用相較于民用領域更加廣泛，主要有以下幾個方面：可用于不適合有線通信的場合?？梢约茉O在海岸、島嶼、艦船、邊境哨所上用以實現跨江河湖海、峽谷、高山等復雜地形下不便于建設通信線路的短距離直接通信或中繼通信?？捎糜谛枰焖偻ㄐ诺膱鏊?。大氣激光通信可以快速架設，臨時替代戰時受到破壞的通信鏈路；同時，其方便快捷和保密性好的優勢，還非常適應戰場移動個指揮所和部隊之間的機動通信需要。可用于近距離作戰單元之間的通信。作戰單元的無線電通信不但容易受到敵方強電磁干擾，還常常要求無線電靜默。大氣激光通信能實現戰斗單元之間的安全、保密通信。綜上所述，大氣激光通信具有其他通信方式所不能比擬的優點，把它與傳統通信方式結合運用，形成通信網絡，將在未來發揮重大的作用。
參考文獻
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[3]任廣森．大氣激光通信的關鍵技術及其軍事應用探討．黑龍江科技信息，2010：17~18.
作者:劉志剛 單位:武警研究院裝備技術研究所
