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近日，中國科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院（空天院）利用自主研制成功的500毫米口徑激光通信地面系統(tǒng)與吉林一號MF02A04星開展星地激光通信實(shí)驗(yàn)，通信速率達(dá)到10Gbps（每秒10G比特），所獲取的衛(wèi)星載荷數(shù)據(jù)質(zhì)量良好，可滿足高標(biāo)準(zhǔn)業(yè)務(wù)化應(yīng)用需求。本次實(shí)驗(yàn)標(biāo)志著我國已成功實(shí)現(xiàn)星地激光高速通信的工程應(yīng)用，星地通信速率由Gbps邁入10Gbps時(shí)代。

空天院激光地面系統(tǒng)技術(shù)負(fù)責(zé)人、高級工程師李亞林介紹，當(dāng)前星地通信主要采用微波技術(shù)，但微波頻段資源有限，常用的X頻段僅有375兆赫（MHz），近年來開始應(yīng)用的Ka頻段也只有1.5吉赫（GHz），難以滿足星地海量數(shù)據(jù)傳輸需求。與微波相比，激光頻譜資源極其豐富，帶寬可達(dá)數(shù)百吉赫（GHz）。

“如果將頻段比作道路，那么X頻段是單車道，Ka頻段是四車道，而激光可容納成百甚至上千車道。利用激光通信每秒可傳輸1部高清電影，相較于現(xiàn)有的微波通信速率高出1~2個(gè)量級（十倍到近千倍）。”李亞林說。

同時(shí)，由于激光的發(fā)散角很小，能量高度集中，這樣激光地面系統(tǒng)接收到的功率密度高，衛(wèi)星能夠“輕裝上陣”，以遠(yuǎn)小于微波通信載荷的體積、重量和功耗實(shí)現(xiàn)超高速率的通信。此外，激光具有很強(qiáng)的抗電磁干擾能力，用激光作為載波進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)射與接收，還能夠顯著提高星地通信的安全性。

星地激光通信技術(shù)難度高，空天院聯(lián)合中國科學(xué)院光電所、北京融為科技有限公司，先后突破了大氣信道預(yù)測及任務(wù)規(guī)劃調(diào)度、激光信號的快速捕獲建鏈和自適應(yīng)光學(xué)校正、復(fù)雜大氣條件下的無誤碼傳輸?shù)纫幌盗嘘P(guān)鍵技術(shù)，在本次星地激光通信實(shí)驗(yàn)中按照業(yè)務(wù)化應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，成功完成了星地協(xié)同任務(wù)規(guī)劃，激光信號雙向捕獲、穩(wěn)定建鏈、自適應(yīng)光學(xué)校正，基帶信號高速解調(diào)譯碼，通信數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)解析、誤碼重傳、斷點(diǎn)續(xù)傳、記錄輸出等業(yè)務(wù)流程，實(shí)現(xiàn)了在非穩(wěn)態(tài)信道下的星地激光高速、高可靠通信。

中國科學(xué)院院士、空天院院長吳一戎表示，目前我國遙感衛(wèi)星探測獲取的海量數(shù)據(jù)無法及時(shí)落地問題十分突出，嚴(yán)重影響了衛(wèi)星應(yīng)用效能發(fā)揮。在充分利用現(xiàn)有微波地面站的基礎(chǔ)上，積極布局國家衛(wèi)星激光通信地面站網(wǎng)，“激光+微波”組合運(yùn)行模式將有望徹底解決我國星地通信瓶頸問題。

實(shí)驗(yàn)獲取的首批遙感影像（吉林一號MF02A04星下傳，空天院供圖）

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場（空天院供圖）

激光通信地面系統(tǒng)發(fā)射上行激光（空天院供圖）