空间激光通信现状、发展趋势及关键技术分析

专家论坛　式：姜会林，安岩，张雅琳，等．空间激光通信现状、发展趋势及关键技术分析［Ｊ］．飞行器测控学报，２０１５，３４　２０７—２１７．Ｊｉａｎｇ　Ｈｕｉｌｉｎ，Ａｎ　Ｙａｎ，Ｚｈａｎｇ　Ｙａｌｉｎ，ｅｔ　ａ１．Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｔａｔｕｓ　ｑｕｏ，ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｔｒｅｎｄ　ａｎｄ　ｋｅｙ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ　ｃｅ　ｌａｓｅｒ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｓｐａｃｅｃｒａｆｔ　ＴＴ８ＬＣ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１５，３４（３）：２０７—２１７．　姜会林　１９４５年７月生，博士，教授、博士生导师，长春理工大学学术　委员会主任，国家“８６３”计划航天航空领域专家委员会顾问，中国兵工学　会副理事长，中国光学学会常务理事等。主要研究方向为光学系统设计、光　电动态检测和空间激光通信。获得“做出突出贡献的中国博士学位获得者”、　“中央直接掌握与管理的高级专家”、“全国优秀教师”、“何梁何利基金科技　进步奖”、“全国优秀科技工作者”等荣誉。获国家技术发明二等奖１项，国　家科技进步二等奖１项、三等奖１项，省部级科技一等奖９项。授权发明专　利５２项，发表学术论文２８７篇，出版学术著作７部。　空间激光通信现状、发展趋势及关键技术分析　姜会林　，安岩　，　张雅琳ｈ　，江　伦　，赵义武　，　董科研　，张　鹏　，王　超　，　战俊彤１，２．　（１．长春理工大学空间光电技术研究所・长春・１３００２２；２．长春理工大学光电工程学院・长春・１３００２２）　摘　要：针对目前空间激光通信的背景需求，介绍了国内外星、空、地、海等平台间的空间激光通信研究与试　验现状。通过对空间激光通信现状的分析，并结合科研实践，归纳出空间激光通信的高速率、网络化、多用途、　一体化、多谱段５个未来发展趋势。在此基础上，从空间激光通信系统的光学结构、通信收发以及环境影响等　方面，着重分析了高质量光学系统设计、高精度捕获对准跟踪、大气信道影响补偿、高速率高功率发射、高灵　敏度低误码探测、一对多通信网络、平台振动与姿态补偿、器件部件空间适应性８项关键技术，并提出相关技　术的解决方法和途径，进而给出须进一步深入研究的方向，展示了空间激光通信良好的应用前景。　关键词：深空光通信；空间激光通信；星栽激光通信；机栽激光通信；激光通信网络　中图分类号：ＴＮ９２９．１　文献标志码：Ａ　文章编号：１６７４—５６２０（２０１５）０３—０２０７一ｌ１　ＤＯＩ：１０．７６４２／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７４—５６２０．２０１５—０３—０２０７—１１　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｓｔａｔｕｓ　Ｑｕｏ，Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　Ｔｒｅｎｄ　ａｎｄ　Ｋｅｙ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ　ｏｆ　Ｓｐａｃｅ　Ｌａｓｅｒ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ＪＩＡＮＧ　Ｈｕｉｌｉｎ　，ＡＮ　Ｙａｎ　，ＺＨＡＮＧ　Ｙａｌｉｎ　，ＪＩＡＮＧ　Ｌｕｎ　，　ＺＨＡＯ　Ｙｉｗｕ　，ＤＯＮＧ　Ｋｅｙａｎ　，ＺＨＡＮＧ　Ｐｅｎｇ　，ＷＡＮＧ　Ｃｈａｏ　。ＺＨＡＮ　Ｊｕｎｔｏｎｇ　，　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｓｐａｃｅ　Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ　１３００２２；　２．Ｏｐｔｏ—ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ　１３００２２）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｓｔａｔｕｓ　ｑｕｏ　ｏｆ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ａｎｄ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ　ｈｏｍｅ　ａｎｄ　ａｂｒｏａｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｆｉｅｌｄ　ｏｆ　ｓｐａｃｅ　ｌａｓｅｒ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｈｅ—　ｔｗｅｅｎ　ｐｌａｔ｛ｏｒｍｓ　ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ　ｓａｔｅｌｌｉｔｅｓ，ａｉｒｃｒａｆｔ，ｇｒｏｕｎｄ　ａｎｄ　ｓｕｂｍａｒｉｎｅｓ　ａｒｅ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　ｔｏ　ｍｅｅｔ　ｔｈｅ　ｄｅｍａｎｄ　ｆｏｒ　ｓｐａｃｅ　收稿日期：２０１４—１２一１０；修回日期：２０１５—０１—２７；网络出版时间：２０１５—０６～１９　１１：４０：０６　网络出版地址：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ／ｋｃｍｓ／ｄｅｔａｉｌ／１１．４２３０．ＴＶ．２０１５０６１９．１１４０．００３．ｈｔｍｌ　基金项目：国家自然科学基金（Ｎｏ．９１３３８１１６）；兵器基金（ＮＯ．６２２０１０７０１５２）　通信作者简介：安岩（１９８６一）。男，博士，助研，主要研究方向为光学系统设计；Ｅ－ｍａｉｌ：ａｎｙａｎ一７＠１２６．ｔｏｍ　２Ｏ８　飞行器测控学报　第３４卷　ｌａｓｅｒ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ．Ｗｅ　ｓｕｍｍａｒｉｚｅ　ｆｉｖｅ　ｔｒｅｎｄｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｓｐａｃｅ　ｌａｓｅｒ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ，ｉ．ｅ．ｈｉｇｈ　ｓｐｅｅｄ，　ｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ，ｍｕｌｔｉ—ｐｕｒｐｏｓｅ，ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｍｕｌｔｉ—ｓｐｅｃｔｒｕｍ，ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｔａｔｕｓ　ｑｕｏ　ｏｆ　ｓｐａｃｅ　ｌａｓｅｒ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ａｎｄ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｐｒａｃｔｉｃｅｓ．Ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　ｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅｓ　ｏｆ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｔｒａｎｓｃｅｉｖｅｒｓ　ａｎｄ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　ｉｍｐａｃｔ　ｏｆ　ｓｐａｃｅ　ｌａｓｅｒ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍｓ，ｗｅ　ａｎａｌｙｚｅ　ｅｉｇｈｔ　ｍａｉｎ　ｋｅｙ　ｔｅｃｈｎｏｌｏ—　ｇｉｅｓ，ｉ．ｅ．ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｈｉｇｈ－ｑｕａｌｉｔｙ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｓｙｓｔｅｍｓ，ｈｉｇｈ－ａｃｃｕｒａｃｙ　ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ　ａｎｄ　ａｌｉｇｎｍｅｎｔ　ｔｒａｃｋｉｎｇ，ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ　ｆｏｒ　ｉｍｐａｃｔ　ｏｆ　ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ　ｃｈａｎｎｅｌｓ，ｈｉｇｈ　ｒａｔｅ　ａｎｄ　ｈｉｇｈ　ｐｏｗｅｒ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ，ｈｉｇｈ　ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ　ａｎｄ　ｌｏｗ　ＢＥＲ（Ｂｉｔ　Ｅｒｒｏｒ　Ｒａｔｅ）ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ，ｐｏｉｎｔ－ｔｏ—ｍｕｌｔｉ—ｐｏｉｎｔ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｎｅｔｗｏｒｋ，ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ　ｆｏｒ　ｐｌａｔｆｏｒｍ　ｖｉｂｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ａｔｔｉｔｕｄｅ，　ａｎｄ　ｓｐａｃｅ　ｑｕａｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｄｅｖｉｃｅｓ　ａｎｄ　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ．Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，ｔｈｅ　ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ　ａｎｄ　ａｐｐｒｏａｃｈｅｓ　ａｒｅ　ｇｉｖｅｎ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｋｅｙ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ．Ｔｈｅ　ａｒｅａｓ　ｆｏｒ　ｆｕｒｔｈｅｒ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ａｒｅ　ａｌｓｏ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ　ｆｏｒ　ｇｏｏｄ　ｐｒｏｓｐｅｃｔ　ｏｆ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｐａｃｅ　ｌａｓｅｒ　ｃｏｍ—　ｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ．　．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｄｅｅｐ　ｓｐａｃｅ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ；ｓｐａｃｅ　ｌａｓｅｒ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ；ｓｐａｃｅｃｒａｆｔ＿ｂｏｒｎｅ　ｌａｓｅｒ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ；　ａｉｒｃｒａｆｔ．ｂｏｒｎｅ　ｌａｓｅｒ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ；ｌａｓｅｒ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｎｅｔｗｏｒｋ　Ｏ　弓ｌ　言　表１　国外空间激光通信技术成果　Ｔａｂ．１　Ｆｏｒｅｉｇｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｃｈｉｅｖｅｍｅｎｔｓ　ｏｆ　ｓｐａｃｅ　ｌａｓｅｒ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　空间激光通信是以激光为载波，在空间实现　语音、图像和数据等信息无线传输的通信方式，　链路　系统　类型　搭载终端　国家　时间　速率　具有通信速率高、通信容量大、抗干扰能力强、　抗截获能力强、体积小、重量轻和功耗低等优点。　在军事保密信息传输、民用应急信息传输、电磁　干扰下信息安全传输和空间信息网络建设等方面　均有迫切需求［１　］。　国际空间　ＳＬＳ　站与北高加　俄罗斯　２Ｏ１２　１２５　Ｍｂｉｔ／Ｓ　索地面站　星月球环境　收目前，空间激光通信已经被各个国家所重视，　美国、欧洲、日本、俄罗斯等国家和地区进行了　大量的研究。关于激光通信如何向前发展，存在　哪些难点和关键技术，又如何解决，其可行性如　地　ＬＬＣＤ　探测器与地　美国　２Ｏ１３　发面站　２０　Ｍｂｉｔ／ｓ　国际空间　０ＰＡＬＳ　站与怀特伍　美国　２Ｏ１４　５Ｏ　Ｍｂｉｔ／Ｓ　德地面站　Ａｒｔｅｍｉｓ卫　６２２　Ｍｂｉｔ／ｓ　何，已经成为世界关注的焦点。本文正是针对以　上焦点问题进行讨论。　星空　Ｌ０ＬＡ　星与神秘２Ｏ　法国　２００６　５Ｏ　Ｍｂｉｔ／ｓ　１　国内外发展现状　‘飞机　ＴｅｒｒａＳＡＲ＿　国外空间激光通信发展迅速，主要研究机构　有美国的喷气推进实验室、空军研究实验室、弹　ＬＣＴＳＸ　Ｘ卫星与　德美　２００８　５．６５　Ｇｂｉｔ／Ｓ　星间　ＥＤＲＳ　ＮＦＩＲＥ卫星　Ｓｅｎｔｉｎｅ１　１－Ａｌｐｈａｓａｔ　道导弹防御组织、林肯实验室；欧洲的欧空局、　ＤＬＲ（德国空间中心）、法国国防部采办局；日本　欧洲　２Ｏ１４　１．８　Ｇｂｉｔ／ｓ　的航天局、邮政省通信研究室；俄罗斯的航天部　门、精密仪器制造系统公司等。近几年具有代表　性的空间激光通信技术成果见表１。　地地　空空　Ｆａｌｃｏｈ　飞扰ｓ飞织　Ｌａ　Ｐａｌｍａ　美国　２０１１　２．５　Ｇｂｉｔ／Ｓ　岛　屿　与　德国　２００５　５．６　Ｇｂｉｔ／ｓ　Ｔｅｎｅｒｉｆｅ岛屿　飞艇与地　美国　２面车载终端　空地　００６　４０　Ｇｂｉｔ／Ｓ　（波分复用）　ＤＬＲ飞机　ＡＲＧ０Ｓ　与地德国　２ＯＯ８　１５Ｏ　Ｍｂｉｔ／ｓ　面站　２１４　飞行器测控学报　第３４卷　雾能力较强，次于无线电，强于光波，抗干扰优　于无线电；红外光波段穿透云雾能力比太赫兹差，　抗电磁干扰能力较强；可见光波段穿透云雾能力　差，抗电磁干扰能力强；紫外光波段穿透云雾能　力差，但散射通信有一定应用前景。在多谱段方　面的主要技术途径是加强多谱段通信深入研究，　发挥各波段独有优势；多谱段通信联合应用，实　现不同环境下不间断通信。　３　空间激光通信关键技术　３．１　高质量光学系统设计技术　光学系统设计是空间激光通信关键技术之一，　主要包含３项关键技术。　１）近衍射极限角光学系统设计技术。主要技　术难点是激光束散角约万倍压缩；并要保证光束　高质量发射。主要技术途径是采用发射光源的整　形扩柬和两级望远系统，实现近衍射极限的发射；　采取大口径非球面和小口径分光系统相结合的光　学结构。　２）多光轴一致性装调技术。主要技术难点是　激光通信系统中一般含有５～７路光轴，并且多光　轴一致性要求很高；多光轴高效分离和复合。主　要技术途径是采用五棱镜移动技术进行宽距离多　光轴平行性检测；采用ＣＣＤ细分探测技术等。　３）光学基台轻小型设计技术。主要技术难点　是基台上装有多种光学元件、激光器、ＡＰＴ（Ａｃ—　ｑｕｉｓｉｔｏｎ　Ｐｏｉｎｔｉｎｇ　ａｎｄ　Ｔｒａｃｋｉｎｇ，捕获、对准、跟　踪）执行器、收发组件等；并要有很强的空间环　境适应能力。主要技术途径是采用叠层结构设计，　实现紧凑空间分布；采用模态分析方法进行静力　学、动力学和热力学分析；选择轻型、抗辐射材　料等。　３．２高精度捕获对准跟踪技术　远距离条件下高精度捕获对准跟踪技术是空　间激光通信中最重要的技术之一，其主要工作流　程是首先确定初始指向的捕获不确定区域；其次，　进行捕获粗跟踪；再次，进行对准精跟踪；最后，　进行双方的激光动态信息通信。此过程中的主要　关键技术是捕获粗跟踪和对准精跟踪＿１　。　在捕获粗跟踪方面，主要技术难点是不确定　区域大、束散角小，导致扫描捕获时间较长和捕　获概率较低。主要解决途径是采用精密测姿与指　向技术；采用光栅螺旋扫描的高概率快速捕获技　术；采用速度和振动的补偿技术等。　在对准精跟踪方面，主要技术难点是跟踪光　束束散角小；平台振动影响大；两通信平台之间　的相对运动影响大。主要技术途径是采用高速压　电陶瓷振镜和高帧频相机探测，实现精跟踪；采　用亚像元细分检测技术，提高精跟踪精度；采用　智能数字控制技术，提高系统鲁棒性。　３．３大气信道影响补偿技术　激光束在大气中传输时，会受到大气信道的　影响。大气吸收和大气散射会造成激光能量的衰　减，进而影响激光能量；大气湍流散斑和大气湍　流闪烁会影响激光质量，如光斑中心漂移和波前　畸变等。以上情况会影响空间激光通信效果，严　重情况下会导致无法通信¨１引。　对于激光能量问题，可以采用宽范围激光光　强稳定技术，主要技术难点是大动态范围光强闪　烁抑制；保证尽量高的信噪比。主要技术途径是　采用液晶可调节光束衰减器稳定激光光强；利用　自适应控制算法，提高大动态范围光强闪烁的抑　制能力。　对于激光质量问题，可以采用高精度实时波　前畸变校正技术，主要技术难点是大气湍流下，　激光到达角起伏和波面变形补偿；以及空中飞行　时附面层影响补偿。主要技术途径是采取哈特曼　传感器进行多孔径波面探测，实现波面校正；研　制补偿镜，加入探测分系统中。　３．４高速率、高功率发射技术　激光器要求高速率、高功率和窄线宽等技术，　在系统能够有效滤除背景光的同时，提供通信功　率。一般来说，高功率、高速率激光发射主要有　内调制发射技术和外调制发射技术。　在内调制发射技术方面，主要技术难点是发　射激光光源要满足高速率、高功率、高质量要求；　种子源功率低，放大后满足高消光比。主要技术　途径是研制高性能种子源激光器；研制高增益放　大器。　在外调制发射技术方面，主要技术难点是电　光调制晶体的偏置电压工作点受温度影响大；高　功率时半波电压高（与调制晶体长度成反比）。主　要技术途径是增加外围温控反馈电路，抑制偏置　点漂移；采用折叠光路增加光程，降低半波电压；　采取多点侧面泵浦，实现大功率输出。　第３期　姜会林，等：空间激光通信现状、发展趋势及关键技术分析　２１５　３．５高灵敏度低误码探测技术　对于飞机平台，不仅存在较严重的振动，而且存　在剧烈的姿态扰动，其振动姿态扰动（以“奖状”　飞机为例）在０．１　Ｈｚ时约为１００　ｍｒａｄ，１　Ｈｚ时　常用的探测技术是强度调制／直接探测技术和　相干探测技术。　在强度调制／直接探测技术方面，主要技术难　点是背景干扰强、信噪比低；接收功率低、信号　提取难。主要技术途径是信号处理单元采用自动　增益控制技术、浮动阈值选取技术和数字锁相时　约为１　ｍｒａｄ，在１０　Ｈｚ时约为１０　ｒａｄ，在１００　Ｈｚ　时，约为２　Ｆｒａｄ。　对于不同平台的主要技术难点是平台姿态参　数多样化（俯仰、横滚、偏航、速度、方向等）；　平台振动因素复杂化（环境、高度、重量、平台　钟提取技术；高灵敏度探测单元采用雪崩光电二　极管自动偏压控制技术、热电制冷技术和内置前　置放大技术。　在相干探测技术方面，主要技术难点是光源　窄线宽，混频高效率，锁相高精度。主要技术途　径是研制稳定窄线宽激光器；研究偏振补偿技术，　减小失配角，提高混频效率；研究光学锁相技术，　保持相位匹配ｌ１　。　。　３．６　“一对多”通信网络技术　空间激光通信组网的必要条件是实现一点对　多点通信，同时具备动中通、双工通等能力。实　现一点对多点通信功能的系统方案可以分为原理　简捷型（如多光端机结构和多分光镜结构）、交换　分发型（如光交换结构和光分发结构）、射频激光　结合型（如激光微波结合组网）、视场扩大型（如　光线阵列结构和多发多收结构）以及大视场通信　型（旋转抛物面型结构和三同心球型结构）。其　中，以大视场通信型的典型结构为例，进行关键　技术分析ｌ２川。　对于旋转抛物面型结构，主要技术难点是多　点同时通信范围大（方位３６０。，俯仰１００。）；光能　利用率低（约３Ｏ％）；多ＡＰＴ联动控制（≥３）。　主要技术途径是优化设计多反射镜拼接结构；采　用相邻反射镜“协助”方式，提高光能利用率；　采用变结构控制算法提高跟踪精度。　对于三同心球型结构，主要技术难点是大视　场同时通信（≥１２０。）；多探测器轨道控制。主要　技术途径是优化设计光学结构；采用多跟踪轨道　设计及多路并行控制技术等。　３．７平台振动与姿态补偿技术　平台的姿态扰动、轨道定位精度将影响激光　通信系统的视轴初始指向和开环捕获不确定区域，　进而影响捕获时间和捕获概率。一般情况下，对　于卫星平台，振动姿态扰动（以ＬＣＤＥ为例）在　０．１　Ｈｚ时约为３０／￣ｒａｄ，１　Ｈｚ时约为１５／￣ｒａｄ，在　１０　Ｈｚ时约为４／２ｒａｄ，在１００　Ｈｚ时约为１“ｒａｄ。　振动部件特性等）。主要技术途径是对于低频扰　动，采用复合姿态检测技术与捷联导航技术，提　高平台姿态精度和指向精度；对于高频振动，采　用粗精复合轴控制技术，实现高精度跟踪。　３．８器件部件空间适应性技术　空间环境对空间激光通信系统中各部件有着　严重影响，空间环境影响主要因素有空间真空环　境影响、空间冷黑环境影响、空间背景光辐射影　响；空间粒子辐射环境影响和空间等离子体环境　影响。　在光学表面和机械结构方面，主要技术难点　是反射镜表面性能防护技术；机械活动部件防冷　焊技术和日凌下热控和杂散光抑制技术。主要技　术途径是反射镜采用高性能抗辐射材料；高反膜　采用具有抗辐射性能的介质；机械部件选择不易　发生冷焊的配偶材料，并涂覆不易发生冷焊的膜　层；增加主动热控点及遮光罩长度。　在电子及光电子器件方面，主要技术难点是　防止激光光源输出功率下降；调制器的调制效率　保持；放大器增益衰减抑制；光电探测器的响应　能力以及电子器件的可靠性。主要技术途径是采　用抗辐射能力强的种子光源；调制器直流偏置控　制及自动增益控制；光纤放大器采用碳包覆掺铒　光纤及抗电离总剂量加固设计；采用抗辐射能力　强的光电探测器；电路及电子器件采用防静电设　计和加固设计等。　４　结　论　本文综述了国内外大量的研究报告，通过分　析、归纳，总结了已有的研究进展，对发展趋势　和关键技术进行了凝练，特别是列光学系统设计、　捕获对准跟踪、大气影响补偿、激光调制与发射、　高灵敏度接收探测、激光通信组网、平台振动与　姿态补偿和器件部件适应性８项关键技术进行了　深人分析并给出了解决途径，所述内容可供研究　２１６　飞行器测控学报　第３４卷　空间激光通信的学者讨论和借鉴。　本文对空间激光通信趋势和关键技术的分析　还是比较粗浅的，尤其是面对复杂的环境、背景、　平台和大量的工程问题，尚需进行更加深入的　研究。　由于国内外对空间激光通信高度重视，相信　在不久的将来，卫星、飞机、车船以及深空和水　下的多种链路中，空间激光通信必将展现出广阔　的应用前景。　参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）　［１］　姜会林，佟首峰．空间激光通信技术与系统［Ｍ］．北京：　国防工业出版社，２０１０：１－２２．　Ｊｉａｎｇ　Ｈｕｉｌｉｎ，Ｔｏｎｇ　Ｓｈｏｕｆｅｎｇ．Ｔｈｅ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ　ａｎｄ　ｓｙｓｔｅｍｓ　ｏｆ　ｓｐａｃｅ　ｌａｓｅｒ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ［Ｍ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｄｅｆｅｎｓｅ　Ｉｎｄｕｓｔｒｙ　Ｐｒｅｓｓ，２０１０：ｌ＿２２（ｉｎ　Ｃｈｉｎｅｓｅ）　［２］　李晓峰．星地激光通信原理与技术［Ｍ］．北京：国防工业　出版社，２００７：卜４６．　Ｌｉ　Ｘｉａｏｆｅｎｇ．Ｔｈｅ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ａｎｄ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓａｔｅｌｌｉｔｅ—ｔｏ　ｇｒｏｕｎｄ　ｌａｓｅｒ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｌｉｎｋｓ［Ｍ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｄｅｆｅｎｓｅ　Ｉｎｄｕｓｔｒｙ　Ｐｒｅｓｓ，２００７：１—４６（ｉｎ　Ｃｈｉｎｅｓｅ）．　［３］　张靓，郭丽红，刘向南，等．空间激光通信技术最新进展　与趋势Ｉ－Ｊ３．飞行器测控学报，２Ｏｌ３，３２（４）：２８６—２９３．　Ｚｈａｎｇ　ｌｉａｎｇ，Ｇｕｏ　Ｌｉｈｏｎｇ，Ｌｉｕ　Ｘｉａｎｇｎａｎ，ｅｔ　ａ１．Ｌａｔｅｓｔ　ｐｒｏ—　ｇｒｅｓｓ　ａｎｄ　ｔｒｅｎｄｓ　ｏｆ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｓｐａｃｅ　ｌａｓｅｒ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ＬＪ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｓｐａｃｅｃｒａｆｔ　ＴＴ＆Ｃ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏ—　ｇＹ，２０１３，３２（４）：２８９　２９３（ｉｎ　Ｃｈｉｎｅｓｅ）．　［４］　付强，姜会林，王晓曼，等．空间激光通信研究现状及发　展趋势ＥＪ３．中国光学，２０１２，５（２）：１１６－１２４．　Ｆｕ　Ｑｉａｎｇ，Ｊｉａｎｇ　Ｈｕｉｌｉｎ，Ｗａｎｇ　Ｘｉａｏｍａｎ，ｅｔ　ａ１．Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｓｔａｔｕｓ　ａｎｄ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｔｒｅｎｄ　ｏｆ　ｓｐａｃｅ　ｌａｓｅｒ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ＥＪ］．Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ｏｐｔｉｃｓ，２０１２，５（２）：１１６—１２４（ｉｎ　Ｃｈｉｎｅｓｅ）．　［５］　Ｇｒｅｉｎ　Ｍ　Ｅ，Ｋｅｒｍａｎ　Ａ　Ｊ，Ｄａｕｌｅｒ　Ｅ　Ａ，ｅｔ　ａｉ．Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ａ　ｇｒｏｕｎｄ—－ｂａｓｅｄ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｒｅｃｅｉｖｅｒ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｌｕｎａｒ　ｌａｓｅｒ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａ——　ｔｉｏｎｓ　ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｏｎ　Ｅｃ］／／Ｓｐａｃｅ　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｓｙｓｔｅｍｓ　ａｎｄ　Ａｐ—　ｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ（ＩＣＳＯＳ），Ｓａｎｔａ　Ｍｏｎｉｃａ，ＣＡ，２０１１：７８—８２．　［６］　Ｂｏｒｏｓｏｎ　Ｄ　Ｍ，Ｓｃｏｚｚａｆａｖａ　Ｊ　Ｊ，Ｍｕｒｐｈｙ　Ｄ　Ｖ，ｅｔ　ａ１．Ｔｈｅ　Ｌｕｎａｒ　Ｌａｓｅｒ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ　Ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｏｎ（ＬＬＣＤ）　［Ｃ］／／Ｔｈｉｒｄ　ＩＥＥＥ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　ｏｎ　Ｓｐａｃｅ　Ｍｉｓ—　ｓｉｏｎ　Ｃｈａｌｌｅｎｇｅｓ　ｆｏｒ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（ＳＭＣ—ＩＴ），　Ｐａｓａｄｅｎａ，ＣＡ，２００９：２３—２８．　［７］　Ｂｏｒｏｓｏｎ　Ｄ　Ｍ，Ｒｏｂｉｎｓｏｎ　Ｂ　Ｓ，Ｂｕｒｉａｎｅｋ　Ｄ　Ａ，ｅｔ　ａ１．Ｏｖｅｒｖｉｅｗ　ａｎｄ　ｓｔａｔｕｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｌｕｎａｒ　Ｌａｓｅｒ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ　ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｏｎ　［Ｃ］／／Ｐｒｏｃ．ｏｆ　ＳＰＩＥ，２０１２，８２４６：８２４６ｏｃ．　［８］　王杰华。ＮＡＳＡ将利用国际空间站测试“激光通信光学有　效载荷”［Ｊ］．中国航天，２０１３（１１）：２４—２７．　Ｗａｎｇ　Ｊｉｅｈｕａ．ＮＡＳＡ　ｗｉｌｌ　ｕｓｅ　ｔｈｅ　ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　ｓｐａｃｅ　ｓｔａｔｉｏｎ　ｔｅｓｔ”Ｔｈｅ　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｐａｙｌｏａｄ　ｆｏｒ　Ｌａｓｅｒｃｏｍｍ　Ｓｃｉｅｎｃｅ（ＯＰ—　ＡＬｓ）”　［Ｊ］．Ａｅｒｏｓｐａｃｅ　Ｃｈｉｎａ，２０１３（１１）：２４—２７（ｉｎ　Ｃｈｉｎｅｓｅ）．　［９］　Ｃａｚａｕｂｉｅｌ　Ｖ，Ｐｌａｎｅｈｅ　Ｇ，Ｃｈｏｒｖａｌｌｉ　Ｖ，ｅｔ　ａ１．Ｌ０ＬＡ：Ａ　４０．０００　ｋｍ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｌｉｎｋ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ａｎ　ａｉｒｃｒａｆｔ　ａｎｄ　ａ　ｇｅｏｓｔａｔｉｏｎ—　ａｒｙ　ｓａｔｅｌｌｉｔｅ［ｃ］／／Ｓｉｘｔｈ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｃｏｎｆ．ｏｎ　Ｓｐａｃｅ　Ｏｐ　ｔｉｃｓ，Ｔｈｅ　Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ，２００６：８７．　［１０］　Ｇｒｅｇｏｒｙ　Ｍ，Ｈｅｉｎｅ　Ｆ，Ｍｅｙｅｒ　Ｒ，ｅｔ　ａ１．ＴＥＳＡＴ　Ｌａｓｅｒ　Ｃｏｒｎ—　ｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　Ｔｅｒｍｉｎａｌ　Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　Ｒｅｓｕｌｔｓ　ｏｎ　５．６　Ｇｂｉｔ　Ｃｏ—　ｈｅｒｅｎｔ　Ｉｎｔｅｒ　Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ　ａｎｄ　Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ　ｔｏ　Ｇｒｏｕｎｄ　Ｌｉｎｋｓ［ｃ］／／　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　ｏｎ　Ｓｐａｃｅ　Ｏｐｔｉｃｓ（ＩＣＳＯ）ｉｎ　Ｒｈｏｄｅｓ，Ｇｒｅｅｃｅ，２０１０．　［１１］　Ｆｉｅｌｄｓ　Ｒ，Ｋｏｚｌｏｗｓｋｉ　Ｄ，Ｙｕｒａ　Ｈ，ｅｔ　ａ１．５．６２５　Ｇｈｐｓ　ｂｉｄｉｒｅｃ—　ｔｉｏｎａｌ　ｌａｓｅｒ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｔｈｅ　ＮＦＩＲＥ　ｓａｔｅｌｌｉｔｅ　ａｎｄ　ａｎ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｇｒｏｕｎｄ　ｓｔａｔｉｏｎ［ｃ］／／Ｓｐａｃｅ　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｓｙｓｔｅｍｓ　ａｎｄ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ　ＩＣＳＯＳ，Ｓａｎｔａ　Ｍｏｎｉｃａ，　ＣＡ，２Ｏ１１：４４—５３．　［ｉ２３　Ｓｅｅｌ　Ｓ，Ｋｉｉｍｐｆｎｅｒ　Ｈ，Ｈｅｉｎｅ　Ｆ，ｅｔ　ａ１．Ｓｐａｃｅ　ｔｏ　Ｇｒｏｕｎｄ　Ｂｉｄｉ—　ｒｅｃｔｉｏｎａｌ　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　Ｌｉｎｋ　ａｔ　５．６　Ｇｂｐｓ　ａｎｄ　ＥＤＲＳ　Ｃｏｎｎｅｃｔｉｖｉｔｙ　Ｏｕｔｌｏｏｋ［ｃ］／／２０１　１　ＩＥＥＥ　Ａｅｒｏｓｐａｃｅ　Ｃｏｎｆｅｒｅｅｎｅｅ，２０１１：１　７．　［１３］　Ｂｏｈｍｅｒ　Ｋ，Ｇｒｅｇｏｒｙ　Ｍ，Ｈｅｉｎｅ　Ｆ，ｅｔ　ａ１．Ｌａｓｅｒ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａ—　ｔｉｏｎ　Ｔｅｒｍｉｎａｌｓ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　Ｅｕｒｏｐｅａｎ　Ｄａｔａ　Ｒｅｌａｙ　Ｓｙｓｔｅｍ［ｃ］／／　Ｐｒｏｃ．ｏｆ　ＳＰＩＥ，２０１２，８２４６：８２４６ＯＤ一１　８２４６０Ｄ－７．　［１４］　Ｇｒｅｇｏｒｙ　Ｍ，Ｈｅｉｎｅ　Ｆ，Ｋａｍｐｆｎｅｒ　Ｈ，ｅｔ　ａ１．Ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｉｎｔｅｒ—ｓａｔｅｌｌｉｔｅ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ａｔ　ｈｉｇｈ　ｄａｔａ　ｒａｔｅｓ　ＥＪ］．　ｏｐｔｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１２，５１（３）：０３１２０２—１—０３１２０２—７．　［Ｉ　５］　Ｓｏｖａ　Ｒ　Ｍ，Ｓｌｕｚ　Ｊ　Ｅ，Ｙｏｕｎｇ　Ｄ　Ｗ，ｅｔ　ａ１．８０　Ｇｂ／ｓ　ｆｒｅｅ—ｓｐａｃｅ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｏｎ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ａｎ　ａｅｒＯｓｔａｔ　ａｎｄ　ａ　ｇｒｏｕｎｄ　ｔｅｒｍｉｎａｌ［ｃ］／／Ｐｒｏｃ．ｏｆ　ＳＨＥ，２００６，６３０４：　６３０４１４　１—６３０４１４　１０．　［１　６］　吴从均，颜昌翔，高志良，等．空间激光通信发展概述　［Ｊ］．中国光学，２０１３，６（５）：６７０　６７８．　Ｗｕ　Ｃｏｎｇｊｕｎ，Ｙａｈ　Ｃｈａｎｇｘｉａｎｇ，Ｇａｏ　Ｚｈｉｌｉａｎｇ，ｅｔ　ａ１．Ｏｖｅｒ—　ｖｉｅｗ　ｏｆ　ｓｐａｃｅ　ｌａｓｅｒ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｃｈｉｎｅｒｅ　Ｏｐｔｉｃｓ，　２Ｏ１３，６（５）：６７０—６７８（ｉｎ　Ｃｈｉｎｅｓｅ）．　［１７３　单风华，佟首峰，吕春雷．自由空间光通信ＡＰＴ系统信标　探测技术［Ｊ］．长春理工大学学报，２０１３，３６（３）：５３—５９．　Ｓｈａｎ　Ｆｅｎｇｈｕａ，Ｔｏｎｇ　Ｓｈｏｕｆｅｎｇ，Ｌｖ　Ｃｈｕｎｌｅｉ．Ｂｅａｃｏｎ　ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　ＡＰＴ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｎ　ｆｒｅｅ　ｓｐａｃｅ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１３，３６（３）：５３－５９（ｉｎ　Ｃｈｉ—　ｎｅｓｅ）．　［１８］　李欢，张洪涛，尹福昌．空间激光通信系统中大气湍流的　自适应补偿方法［Ｊ］．长春理工大学学报，２００８，３１（２）：　卜３．　Ｌｉ　Ｈｕａｎ，Ｚｈａｎｇ　Ｈｏｎｇｔａｏ，Ｙｉｎ　Ｆｕｃｈａｎｇ．Ｔｈｅ　ａｄａｐｔｉｖｅ　ｏｐｔｉｃｓ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ｆｏｒ　ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ　ｔｕｒｂｕｌｅｎｃｅ　ｉｎ　ｌａｓｅｒ　ｃｏｍｍｕ—　ｎｉｃａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｃｈａｎｇｅｈｕｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００８，３１（２）：ｌ＿３（ｉｎ　Ｃｈｉｎｅｓｅ）．　［１９］　许楠，刘立人，万玲玉，等．空间相干激光通信中目标位　置误差的相干探测［Ｊ］．光学学报，２０１０，３０（２）：　３４７　３５１．　第３期　姜会林，等：空间激光通信现状、发展趋势及关键技术分析　２１７　Ｘｕ　Ｎａｎ，Ｌｉｕ　Ｌｉｒｅｎ，Ｗａｎ　Ｌｉｎｇｙｕ，ｅｔ　ａ１．Ｃｏｈｅｒｅｎｔ　ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．Ａｃｔａ　Ｏｐｔｉｃａ　Ｓｉｎｉｃａ，２０１１，３１　（１０）：１００６００１－１一ｌＯ０６００卜６（ｉｎ　Ｃｈｉｎｅｓｅ）．　ｏｆ　ｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｅｒｒｏｒｓ　ｉｎ　ｓｐａｃｅ　ｌａｓｅｒ　ｃｏｈｅｒｅｎｔ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ＥＪ］．　Ａｃｔａ　Ｏｐｔｉｃａ　Ｓｉｎｉｃａ。２０１０，３０（２）：３４７－３５１（ｉｎ　Ｃｈｉｎｅｓｅ）．　［２１］姜会林，胡源，丁莹，等．空间激光通信组网光学原理研　究［Ｊ］．光学学报，２０１２，３２（１Ｏ）：１００６００３—１—１００６００３—４．　Ｊｉａｎｇ　Ｈｕｉｌｉｎ，Ｈｕ　Ｙｕａｎ，Ｄｉｎｇ　Ｙｉｎｇ，ｅｔ　ａ１．Ｏｐｔｉｃａｌ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　［２Ｏ］刘宏展，纪越峰，许楠，等．信号与本振光振幅分布对星　间相干光通信系统混频效率的影响［Ｊ］．光学学报，２０１１，　３１（１０）：１００６００１－卜１００６００１－６．　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｆ　ｓｐａｃｅ　ｌａｓｅｒ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｎｅｔｗｏｒｋ［Ｊ］．Ａｃｔａ　Ｏｐｔｉｃａ　Ｓｉｎｉｃａ，２Ｏ１２，３２（１０），１００６００３－１—１００６００３—４（ｉｎ　Ｃｈｉｎｅｓｅ）．　Ｌｉｕ　Ｈｏｎｇｚｈａｎ，Ｊｉ　Ｙｕｅｆｅｎｇ，Ｘｕ　Ｎａｎ，ｅｔ　ａ１．Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ａｍｐｌｉ—　ｔｕｄｅ　ｐｒｏｆｉｌｅ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ　ｏｆ　ｓｉｇｎａｌ　ａｎｄ　ｌｏｃａｌ　ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ　ｗａｖｅ　ｏｎ　ｈｅｔｅｒｏｄｙｎｅ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｉｎｔｅｒ－ｓａｔｅｌｌｉｔｅ　ｃｏｈｅｒｅｎｔ　ｏｐｔｉｃａｌ　（本文编辑：李平）