王行行 霍占偉 牟洪元 李廣振 楊成龍 鮑大志 于洪良 解延浩 張紅宇

（長光衛(wèi)星技術(shù)股份有限公司）

2023 年10 月5 日，我國長光衛(wèi)星技術(shù)股份有限公司（簡稱長光衛(wèi)星）使用自主研制的車載激光通信地面站，與吉林一號（JiLin-1）星座MF02A04 星星載激光終端開展了星地激光高速圖像傳輸試驗并取得成功。這標(biāo)志著長光衛(wèi)星已成功實現(xiàn)星地激光高速圖像傳輸全業(yè)務(wù)鏈的工程化，工程應(yīng)用能力達(dá)到國際先進(jìn)水平，這也是我國首次實現(xiàn)獨家自主完成業(yè)務(wù)化應(yīng)用星地激光高速圖像傳輸試驗?？臻g激光通信因具有高帶寬、低延遲和安全性好的優(yōu)勢，逐漸成為衛(wèi)星數(shù)據(jù)高速傳輸?shù)挠行侄巍?/p>

1 前言

近年來，我國遙感衛(wèi)星進(jìn)入快速發(fā)展期，特別是過去十年，在陸地遙感衛(wèi)星技術(shù)自主化方面，我國走出了一條從無到有、從小到大、從弱到強(qiáng)的發(fā)展之路，基本實現(xiàn)了對地遙感監(jiān)測，從數(shù)量、質(zhì)量上均邁入了世界陸地衛(wèi)星對地觀測的先進(jìn)行列。隨著遙感衛(wèi)星時空分辨率的不斷提高，探測獲取的海量數(shù)據(jù)無法及時落地，已經(jīng)成為阻礙我國衛(wèi)星效能發(fā)揮的瓶頸問題。

空間激光通信技術(shù)是一種無線通信技術(shù)，使用激光器產(chǎn)生激光源，將所需傳輸?shù)膱D像、語音、信號等信息調(diào)制到激光中，這些信息隨著激光載波通過自由空間傳輸?shù)浇邮斩?，然后被解碼還原為原始數(shù)據(jù)?？臻g激光通信技術(shù)相比于傳統(tǒng)的微波通信方式，具有傳輸速率快、通信容量大、抗電磁干擾性能強(qiáng)、保密性高等優(yōu)點，成為海量數(shù)據(jù)超高速傳輸?shù)淖罴呀鉀Q方案之一。

本文針對吉林一號星座的建設(shè)現(xiàn)狀，深入探討了遙感星座數(shù)據(jù)下傳過程中的主要問題，詳細(xì)闡述了空間激光通信技術(shù)及其在吉林一號星座數(shù)據(jù)傳輸中的試驗驗證情況。

2 空間激光通信國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

國內(nèi)外空間激光通信技術(shù)近年來取得了飛速發(fā)展。特別是美國、歐洲和日本，借助其強(qiáng)大的光通信技術(shù)底蘊(yùn)以及豐富的衛(wèi)星制造和運(yùn)營經(jīng)驗，紛紛展開了空間激光通信的在軌試驗和驗證，取得了顯著的成就。與此同時，在我國，眾多科研機(jī)構(gòu)和大學(xué)在國家的支持下也積極投入相關(guān)研究。然而，由于空間激光通信面臨技術(shù)難度高、資金投入大、試驗周期長等挑戰(zhàn)，盡管已有30 年的發(fā)展歷程，該領(lǐng)域仍主要集中在在軌驗證階段，尚未邁入成熟應(yīng)用的階段。

1）美國是全球最早研發(fā)空間激光通信技術(shù)的國家，得到了國家航空航天局（NASA）和空軍的大力支持。2000 年，NASA 依托噴氣推進(jìn)實驗室（JPL）完成了激光通信演示系統(tǒng)（OCD）的試驗。2013 年，成功實施了月-地雙向激光通信技術(shù)驗證，在繞月飛行器（LLCD）與地面接收終端之間建立雙向激光通信鏈路，驗證利用輕小型星載終端成功實現(xiàn)月-地雙向激光通信，其中月地最大下行和上行速率分別達(dá)到了622Mbit/s 和20Mbit/s。2014 年，利用“國際空間站”（ISS）激光通信光學(xué)有效載荷（OPALS）實現(xiàn)了與地面光通信望遠(yuǎn)鏡實驗室（OCTL）地面站長達(dá)148s 的通信，這是人類首次實現(xiàn)“國際空間站”對地激光通信信息傳輸。2017 年11 月，NASA創(chuàng)新型1.5U 立方體衛(wèi)星的“激光通信與傳感器演示”（OCSD）項目，驗證了未來小型衛(wèi)星的高傳輸率激光數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，星地鏈路下行速度最高達(dá)到了2.5Gbit/s。2022 年5 月25 日，作為探路者技術(shù)演示-3（PTD-3）任務(wù)的一部分，搭載于PTD-3 立方體衛(wèi)星中的太字節(jié)紅外傳輸（TBIRD）系統(tǒng)從卡納維拉爾角空軍基地隨太空探索技術(shù)公司（SpaceX）火箭發(fā)射升空，其目的是測試小型衛(wèi)星平臺與地面終端之間的高速點對點激光通信和高速突發(fā)通信能力，實驗最終實現(xiàn)了200Gbit/s 的最高傳輸速率，創(chuàng)造了迄今為止最快的太空激光通信傳輸系統(tǒng)紀(jì)錄。

2）歐洲的主要國家和地區(qū)也較早地開展了空間激光通信技術(shù)的研究。例如：2001 年，歐洲航天局（ESA）將星間激光通信鏈路試驗載荷（OPALE）搭載“先進(jìn)中繼和技術(shù)試驗任務(wù)衛(wèi)星”（Artemis）發(fā)射，該終端先后完成了多項重大試驗驗證：2001年11 月，實現(xiàn)與斯波特-4（SPOT-4）衛(wèi)星雙向星間激光通信，創(chuàng)造了全球星間激光通信歷史；2005 年12 月，實現(xiàn)與日本激光通信終端（LUCE）雙向星間激光通信；2006 年11 月，與神秘-20（Mystere-20）飛機(jī)實現(xiàn)星-空激光通信。2008 年，德國航空航天中心（DLR）使用Tesat 公司終端在長達(dá)45000km 的地球靜止軌道-低地球軌道（GEOLEO）遠(yuǎn)距離間進(jìn)行了空間激光通信的在軌原理試驗驗證，此次試驗采取了1060nm 載波的二進(jìn)制相移鍵控（BPSK）相干技術(shù)，并達(dá)到了5.625Gbit/s的最高速度與誤碼率小于10-8的成果；2015 年，德國建立了車載自適應(yīng)光學(xué)通信地面站，實現(xiàn)了車載自適應(yīng)激光通信終端與LEO 的高速率傳輸，傳輸速率為5.625Gbit/s，同時實現(xiàn)了與地球同步軌道“阿爾法衛(wèi)星”（Alphasat）激光通信終端之間帶寬為2.8125Gbit/s、有效速率為1.8Gbit/s 的雙向激光通信。

3）日本對于星地激光通信的演示驗證也已取得一系列顯著進(jìn)展。2005 年，日本發(fā)射星間激光通信工程實驗衛(wèi)星（OICETS），搭載LUCE 激光通信載荷，先后于2005 年和2006 年完成了星間、星地激光通信技術(shù)驗證，下行速率達(dá)到了50Mbit/s。先進(jìn)激光儀器高速激光通信計劃（HICALI）是日本情報通信研究機(jī)構(gòu)（NICT）和日本宇宙航空研究開發(fā)機(jī)構(gòu)（JAXA）正在開發(fā)的一款空間激光通信終端，它計劃搭載在工程試驗衛(wèi)星-9（ETS-9）上（原計劃2023 年發(fā)射，2023 年未發(fā)射），實現(xiàn)從地球同步軌道（GSO）到地面的10Gbit/s 級別的高速數(shù)據(jù)傳輸。另外，日本的相關(guān)研究已逐步向激光通信終端小型化、輕量化、低功耗方向發(fā)展。

4）我國在空間激光通信技術(shù)領(lǐng)域的研究起步較晚，但近年來成果顯著，如在通信系統(tǒng)技術(shù)和端機(jī)研制方面取得重大突破，在激光通信單元技術(shù)領(lǐng)域取得不少研究成果。2011 年，由哈爾濱工業(yè)大學(xué)研制的激光終端搭載海洋二號衛(wèi)星，實現(xiàn)了我國首次星地激光通信，并實現(xiàn)了504Mbit/s 的最高下行速率。2017 年，通過“墨子”量子科學(xué)實驗衛(wèi)星完成了我國首次星地高速相干激光通信技術(shù)在軌試驗，最高下行速率達(dá)到5.12Gbit/s。2017 年，利用實踐十三號高通量衛(wèi)星搭載星地激光通信終端，開展我國首次高軌衛(wèi)星對地高速激光雙向通信試驗并取得了成功。在45000km 星地距離，最高速率達(dá)到5Gbit/s。2019 年，利用實踐二十號衛(wèi)星搭載星地激光通信終端，開展我國首次高軌衛(wèi)星對地四相相移鍵控（QPSK）相干激光通信試驗，最高速率達(dá)到10Gbit/s。這些空間通信試驗在系統(tǒng)設(shè)計、捕獲跟蹤技術(shù)和光波大氣傳輸特性等領(lǐng)域，為我國空間激光通信技術(shù)的研究提供了珍貴的實踐經(jīng)驗。

3 吉林一號星座建設(shè)及其對數(shù)傳需求分析

吉林一號衛(wèi)星星座是長光衛(wèi)星在建的核心工程，是我國目前最大的商業(yè)遙感衛(wèi)星星座，具備了較強(qiáng)的服務(wù)能力（圖1）。隨著吉林一號衛(wèi)星星座不斷發(fā)展，時間分辨率、空間分辨率和光譜分辨率不斷提高，遙感星座每天獲取的圖像數(shù)據(jù)量呈幾何級增長。遙感星座獲得的海量遙感圖像需要通過數(shù)傳系統(tǒng)及時傳回地面，這就給衛(wèi)星數(shù)傳系統(tǒng)帶來了極大的挑戰(zhàn)。在遙感衛(wèi)星數(shù)傳需求推動下，衛(wèi)星數(shù)傳系統(tǒng)也經(jīng)歷了不斷的改進(jìn)。多年來由50Mbit/s 發(fā)展到150Mbit/s、300Mbit/s、600Mbit/s、900Mbit/s，一直到當(dāng)前1.2Gbit/s。受限于頻帶特性，1.2Gbit/s 之后數(shù)據(jù)傳輸速率提升將非常困難。盡管微波數(shù)傳帶寬已經(jīng)提升了很多倍，但相對于遙感衛(wèi)星載荷數(shù)據(jù)率的發(fā)展，仍然像是“擠牙膏式”增長，愈發(fā)捉襟見肘。星地數(shù)傳鏈路帶寬已成為制約衛(wèi)星海量數(shù)據(jù)下傳的“卡脖子”問題。

在遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)量劇增和微波數(shù)傳帶寬瓶頸的背景下，我們需要面對以下幾個關(guān)鍵問題。

數(shù)據(jù)獲取及時性降低。衛(wèi)星數(shù)傳系統(tǒng)無法滿足高速傳輸?shù)男枨蟆榱诉M(jìn)一步降低所需傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，衛(wèi)星通常會裝配圖像壓縮系統(tǒng)，即便如此，壓縮后的數(shù)據(jù)體量仍然很大，無法及時傳輸?shù)降孛妗?/p>

數(shù)據(jù)存儲困難。遙感衛(wèi)星上裝配有數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)，載荷成像期間，會將數(shù)據(jù)實時存儲到數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)中，并在過境圈次數(shù)傳到地面。當(dāng)數(shù)據(jù)無法及時傳輸?shù)降孛鏁r，剩余數(shù)據(jù)將積累在星上存儲中，持續(xù)占用存儲空間，進(jìn)而導(dǎo)致存儲資源緊張。

載荷利用率顯著下降。數(shù)據(jù)不能及時傳輸，只能在衛(wèi)星上進(jìn)行存儲，但星上存儲空間有限，超出容量后，衛(wèi)星載荷成像新獲取的數(shù)據(jù)將無法存儲，導(dǎo)致衛(wèi)星不能執(zhí)行新的成像任務(wù)，進(jìn)而限制載荷利用效率。

隨著吉林一號星座時空分辨率的提高，星上拍到了高分辨率圖片或視頻，也很難即時傳輸?shù)降孛嬷行摹７直媛试礁?，需要往地面?zhèn)鬏數(shù)臄?shù)據(jù)量就越大，而當(dāng)前天地數(shù)據(jù)傳輸主要依賴帶寬比較小的微波信號。這導(dǎo)致光學(xué)衛(wèi)星所拍攝的圖像，變成有價值的產(chǎn)品往往會延遲幾天，甚至超過一周。因此，研究新一代基于激光通信的衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)成為了迫切的需求。

4 吉林一號星地激光數(shù)傳技術(shù)及應(yīng)用

星地激光數(shù)傳技術(shù)特點

星地激光數(shù)傳技術(shù)是空間激光通信技術(shù)的重要應(yīng)用方向之一（圖2）。它利用激光光束作為傳輸媒介，實現(xiàn)了衛(wèi)星與地面站之間高速、高帶寬、低時延的數(shù)據(jù)通信。這一技術(shù)在衛(wèi)星通信領(lǐng)域發(fā)揮著關(guān)鍵作用，為衛(wèi)星導(dǎo)航、遙感數(shù)據(jù)傳輸、科學(xué)實驗和衛(wèi)星通信等多個領(lǐng)域提供了強(qiáng)大的數(shù)據(jù)傳輸能力。尤其是在需要大容量數(shù)據(jù)傳輸和高度安全性的應(yīng)用中，星地激光數(shù)傳技術(shù)展現(xiàn)了出色的潛力。

圖2 星地激光數(shù)傳示意圖

應(yīng)用激光通信技術(shù)實現(xiàn)低軌遙感衛(wèi)星與地面站之間數(shù)據(jù)傳輸，具有以下典型特點。

距離遠(yuǎn)。例如：若低軌衛(wèi)星軌道高度500km，則星地距離為500～1200km。

動中通。衛(wèi)星和地面站之間相對高速運(yùn)動，速度約為7km/s。

窗口短。過境時間短，通信窗口期小于10min。

大氣擾動。信號穿過大氣層，為非穩(wěn)態(tài)隨機(jī)信道，受水霧吸收、大氣散射、湍流干擾影響。

為解決以上特點帶來的通信困難問題，2020 年3 月，長光衛(wèi)星同步組建基于業(yè)務(wù)化應(yīng)用的“車載激光通信地面站”與“星載激光通信終端”攻關(guān)團(tuán)隊，車載本著“應(yīng)做盡做”的設(shè)計原則，星載本著“簡潔可靠”的設(shè)計原則，采用天地一體聯(lián)合設(shè)計理念，全面開展研制工作。吉林一號星地激光數(shù)傳設(shè)計參數(shù)見表1，吉林一號MF02A04 星星地激光數(shù)傳功能框架如圖3 所示。

表1 吉林一號星地激光數(shù)傳設(shè)計參數(shù)

圖3 星地激光數(shù)傳功能框圖

星載激光通信系統(tǒng)

吉林一號MF02A04 星是由長光衛(wèi)星自主研發(fā)的柔性衛(wèi)星平臺，該衛(wèi)星能夠根據(jù)不同載荷的集成需求，進(jìn)行靈活單機(jī)變換，具有集成度高、帶載能力強(qiáng)、重量輕、成本低的特點（圖4）。星載激光通信端機(jī)裝載在該衛(wèi)星上，于2023 年1 月15 日，在中國太原衛(wèi)星發(fā)射中心搭載長征二號丁運(yùn)載火箭成功發(fā)射升空，順利進(jìn)入預(yù)定軌道（圖5）。

圖4 吉林一號MF02A04 星

圖5 星載激光通信端機(jī)

車載激光通信地面站及其關(guān)鍵技術(shù)

星地激光數(shù)傳需要解決在星地相對高速運(yùn)動環(huán)境下的指向穩(wěn)定問題，指向精度需達(dá)到微弧度級。國外現(xiàn)有星地激光通信多利用現(xiàn)有天文臺級的專業(yè)望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行原理驗證，如果業(yè)務(wù)化運(yùn)行大量部署這種級別的地面站，那么所要付出的代價無疑是巨大的。而小型站才更加經(jīng)濟(jì)實惠和便攜，更適于組建地面站網(wǎng)、擴(kuò)展業(yè)務(wù)化應(yīng)用能力。長光衛(wèi)星研制的基于業(yè)務(wù)化應(yīng)用的“車載激光通信地面站”可隨時移動、隨地部署、高帶寬、小型化、機(jī)動性高，有更好的環(huán)境適應(yīng)性，可以躲避極端天氣、大氣湍流，提高利用效率（圖6）。

圖6 車載激光通信地面站

為了實現(xiàn)車載激光地面站的多點布站和機(jī)動布站，從而保證穩(wěn)定的業(yè)務(wù)化運(yùn)行，需要解決以下幾個關(guān)鍵技術(shù)問題。

快速指向標(biāo)校技術(shù)。車載激光站機(jī)動性強(qiáng)，需要在移動站點后對地面站指向進(jìn)行精確標(biāo)校，且往往沒有大型測量設(shè)備及預(yù)設(shè)地標(biāo)作為輔助。

高精高動態(tài)捕跟技術(shù)。激光鏈路快速建立與穩(wěn)定維持是實現(xiàn)星地激光通信的前提條件，衛(wèi)星的高速運(yùn)動和車載平臺振動干擾等因素會嚴(yán)重影響鏈路的跟蹤精度。

輕小型化設(shè)計技術(shù)。為滿足公路運(yùn)輸需求，車載空間和載重能力十分有限，而激光通信地面站系統(tǒng)復(fù)雜、部組件較多，因此，需要對地面站系統(tǒng)進(jìn)行輕小型化設(shè)計，降低質(zhì)量和體積。

大氣信道補(bǔ)償技術(shù)。大氣信道復(fù)雜，使得激光通信跟蹤精度降低、光功率下降、通信誤碼率升高，這是星地激光通信系統(tǒng)的顯著特點。

錯誤數(shù)據(jù)自動重發(fā)技術(shù)。遙感衛(wèi)星對數(shù)傳圖像完整性有嚴(yán)格要求，星地激光鏈路需要穿過大氣，大氣隨機(jī)性比較大，會引起突發(fā)傳輸錯誤。

吉林一號星地激光數(shù)傳試驗驗證情況

2023 年4 月8 日，長光衛(wèi)星搭建了一套室外真實大氣環(huán)境下的水平500m 鏈路的激光通信系統(tǒng)。該試驗系統(tǒng)中，星載激光終端被放置在一棟大樓的窗戶邊上；地面系統(tǒng)采用直徑500m 的望遠(yuǎn)鏡作為接收天線，包含了捕獲跟蹤系統(tǒng)、光纖耦合系統(tǒng)和通信系統(tǒng)，整體被安放在長光衛(wèi)星園區(qū)內(nèi)馬路上。激光通信地面站與星載激光通信終端完成地面水平500m 對接測試，實現(xiàn)了下行10Gbit/s、上行10Mbit/s 雙向激光通信（圖7）。本次試驗中，雖然星載端機(jī)和地面系統(tǒng)之間相對靜止，無法完全模擬星地相對運(yùn)動狀態(tài)，但驗證了真實大氣環(huán)境、雙向精跟蹤、光纖耦合、通信建鏈和數(shù)據(jù)傳輸?shù)纫幌盗嘘P(guān)鍵過程，為后續(xù)星地通信打下了基礎(chǔ)。

圖7 地面水平500m 距離激光通信對接

2023 年6 月14 日，車載激光通信地面站與吉林一號MF02A04 星星載激光終端開展了星地雙向捕獲跟蹤試驗。試驗期間，衛(wèi)星“凝視”地面站（即衛(wèi)星為了與地面站進(jìn)行激光通信而采取的一種姿態(tài)控制模式），地面系統(tǒng)根據(jù)衛(wèi)星的軌道根數(shù)，對衛(wèi)星過境弧段進(jìn)行預(yù)報，根據(jù)軌道遞推數(shù)據(jù)不斷更新跟蹤架指向位置，進(jìn)行程序引導(dǎo)跟蹤。打開上行信標(biāo)激光端機(jī)，同時不斷掃描捕獲下行激光信號，根據(jù)信號光斑在跟蹤相機(jī)視場中的脫靶量信息，實現(xiàn)對衛(wèi)星下行信號的粗跟蹤和精跟蹤閉環(huán)。

本次試驗期間，盡管衛(wèi)星最高仰角僅有32°，星地激光鏈路距離大于800km，且激光信號需要穿過斜程大氣空間，信號空間損耗較大，仍舊取得了良好的試驗效果。本次試驗，首次完成了星地相對高速運(yùn)動下的雙向建鏈，捕獲時間小于10s，持續(xù)建鏈時間大于100s，跟蹤精度優(yōu)于5μrad。

2023 年10 月5 日，車載激光通信地面站與吉林一號MF02A04 星開展了星地圖像傳輸試驗。衛(wèi)星圖像數(shù)據(jù)通過內(nèi)部高速線纜傳輸給激光通信終端，經(jīng)過編碼、調(diào)制后，以激光的形式發(fā)射出去。本次試驗，驗證了車載激光通信地面站對衛(wèi)星的軌道預(yù)報、程序引導(dǎo)指向、上行信標(biāo)指引、下行信號捕獲跟蹤、光纖耦合、通信解調(diào)、圖像傳輸及解圖等全任務(wù)流程，接收MF02A04 星星載激光終端下傳的120GB 遙感圖像，通信誤碼率優(yōu)于10-8，完成首次星地雙向高速激光圖像傳輸試驗，并在此后持續(xù)通過激光數(shù)傳獲取到優(yōu)質(zhì)衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)，星地激光數(shù)傳進(jìn)入業(yè)務(wù)化階段（圖8）。

多途徑提高星地激光通信綜合可用度

在星地數(shù)傳場景中，激光傳輸深受大氣吸收和散射、大氣湍流，以及背景光等因素的影響，難以全天候工作，制約了鏈路的可靠性。為此，分析幾種解決衛(wèi)星數(shù)據(jù)下傳問題的途徑，來提高星地激光通信綜合可用度。

激光微波復(fù)合數(shù)傳。在星載端同時裝配激光和微波數(shù)傳終端。這是一種直接而有效的措施，惡劣天氣條件下，啟用微波數(shù)傳可以保障數(shù)據(jù)下傳。其缺點也比較明顯：首先是設(shè)計冗余，裝配兩種終端勢必帶來體積、質(zhì)量、成本的提升；其次，相較于激光數(shù)傳，微波數(shù)傳帶寬速率低很多（例如：激光10Gbit/s，微波單通道1.2Gbit/s），啟用微波數(shù)傳后，僅能保障數(shù)據(jù)可下傳，但數(shù)傳效率將大打折扣，進(jìn)而無法保障衛(wèi)星圖像獲取效率。因此，激光微波雙端機(jī)更像是激光數(shù)傳不成熟時的“保命”手段，而非有效替代手段。

星間激光中繼。星間激光通信也有助于優(yōu)化地面段成本，因為當(dāng)信息可以從一顆衛(wèi)星傳輸?shù)搅硪活w衛(wèi)星時，單個地面站的利用率將大幅提高，所需的地面站就會少很多。采用星間激光通信，將數(shù)據(jù)中繼給正在過站的衛(wèi)星，通過它進(jìn)行數(shù)傳，使地面站“不閑著”，時刻在接收天上衛(wèi)星數(shù)據(jù)，可極大提升衛(wèi)星數(shù)傳效率。

多點布站、機(jī)動布站。采用多點布站方式可以有效躲避極端天氣影響。兩地相距足夠遠(yuǎn)，一般大于1000km，可以認(rèn)為完全不受天氣影響。惡劣天氣條件下，一個站點不可用時，采用另一個站點的激光站進(jìn)行數(shù)據(jù)接收，既保障數(shù)據(jù)可回傳，同時也保障了數(shù)傳效率。若單站可用度為60%，則雙站綜合可用度為80%，三站綜合可用度為93%，四站綜合可用度大于97%。

機(jī)動布站可以在某一站點受天氣影響連續(xù)不可用時（如進(jìn)入梅雨季節(jié)），改變部署站址，使其恢復(fù)使用，進(jìn)一步提高數(shù)傳綜合可用度。

臨近空間中繼。針對衛(wèi)星對地激光鏈路受大氣層影響較大，難以全天候工作的現(xiàn)狀，設(shè)計利用平流層飛艇等平臺對激光鏈路進(jìn)行中繼的通信系統(tǒng)，將激光終端升空到平流層，降低大氣層影響，采用高速微波實現(xiàn)飛艇等平臺到地面的數(shù)據(jù)中繼傳輸（圖9）。

圖9 臨近空間中繼示意圖

在臨近空間，大氣條件接近外太空，受氣象條件影響小。如果地面終端升空到20km 的平流層，就不存在雨、霧和云層的影響，大氣湍流和大氣衰減的影響值將減少90%。因此，低軌遙感衛(wèi)星到臨近空間段，激光數(shù)傳可以實現(xiàn)全天候工作；從臨近空間到地面段，設(shè)計直連光纖或微波數(shù)傳方式，受天氣影響較小。雖然微波數(shù)傳速率相對低一些，但可全天時數(shù)傳，亦可彌補(bǔ)該缺陷。

目前，臨近空間中繼平臺有太陽能無人機(jī)、平流層飛艇和高空熱氣球，但均不太成熟，受臨近空間大氣稀薄影響，僅能短暫駐留。所以，臨近空間中繼方案目前在國內(nèi)外都處于早期試驗階段，距離實際使用還有一定距離。

5 結(jié)束語

相對于微波數(shù)傳“細(xì)水長流式”的數(shù)傳方式，激光通信可以“一天不數(shù)傳、一次全傳完”。本次星地激光高速圖像傳輸試驗的成功及業(yè)務(wù)化運(yùn)行，驗證了通過激光來數(shù)傳衛(wèi)星圖像的可行性。合理利用和發(fā)展空間激光通信技術(shù)對于改善遙感星座數(shù)據(jù)下傳效率具有重大意義。激光數(shù)傳技術(shù)將廣泛應(yīng)用于吉林一號星座，為遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)的高效獲取打開新的篇章。