最近，三菱宣布了世界上第一個(gè)設(shè)計(jì)用于地球衛(wèi)星通信的激光接收器。傳統(tǒng)衛(wèi)星通信帶來(lái)了哪些挑戰(zhàn)，三菱開(kāi)發(fā)了什么，激光通信可以在地球上找到應(yīng)用嗎？

傳統(tǒng)衛(wèi)星通信技術(shù)帶來(lái)了哪些挑戰(zhàn)？

在過(guò)去的50年里，衛(wèi)星通信在提供電信服務(wù)、活動(dòng)監(jiān)測(cè)、環(huán)境跟蹤和天氣觀測(cè)方面發(fā)揮了關(guān)鍵作用。但是，盡管由于現(xiàn)代發(fā)展，衛(wèi)星技術(shù)取得了長(zhǎng)遠(yuǎn)的進(jìn)步，但無(wú)線電波仍然是唯一的通信手段。

現(xiàn)在，該領(lǐng)域使用各種頻率和建立專(zhuān)用頻段以減少干擾進(jìn)行了重大改進(jìn)，而電子學(xué)的改進(jìn)允許更高的數(shù)據(jù)速率，但無(wú)線電波能的使用沒(méi)有改變。這是主要的，因?yàn)闊o(wú)線電波易于傳輸和接收，可以輕松穿透地球大氣層，并且它們的發(fā)散允許更一般的瞄準(zhǔn)要求（即收發(fā)器需要在幾英里內(nèi)而不是幾厘米內(nèi)指向目標(biāo)的一般方向）。

但無(wú)線電波并非沒(méi)有缺陷，現(xiàn)代衛(wèi)星系統(tǒng)繼續(xù)受到無(wú)線電波下降的困擾。首先，它們相對(duì)較低的頻率（與可見(jiàn)光激光相比）減少了它們的帶寬，使形成高速數(shù)據(jù)鏈路具有挑戰(zhàn)性。對(duì)于需要實(shí)時(shí)報(bào)告高分辨率數(shù)據(jù)的成像衛(wèi)星來(lái)說(shuō)，這尤其成問(wèn)題。

無(wú)線電波的第二個(gè)挑戰(zhàn)是它們的發(fā)散。雖然更寬的無(wú)線電波束可以更容易擊中目標(biāo)，但它們也有干擾其他衛(wèi)星的風(fēng)險(xiǎn)，因此需要自己獨(dú)特的頻段。這還增加了減少帶寬和限制任何給定區(qū)域的衛(wèi)星總數(shù)的效果。

第三個(gè)挑戰(zhàn)是無(wú)線電通信系統(tǒng)通常需要大型天線和天線。僅接收的設(shè)備（如GPS模塊）不需要我們分開(kāi)，但任何需要將數(shù)據(jù)發(fā)送回衛(wèi)星的東西都需要一個(gè)盤(pán)子。因此，無(wú)線電通信系統(tǒng)可能會(huì)變得笨重，難以集成到較小的設(shè)備中。

三菱宣布推出世界上第一個(gè)衛(wèi)星激光通信終端

三菱認(rèn)識(shí)到衛(wèi)星中使用的傳統(tǒng)無(wú)線電通信系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)，最近宣布開(kāi)發(fā)世界上第一個(gè)激光通信終端。他們的新系統(tǒng)不是使用無(wú)線電波的衛(wèi)星，而是使用1.5μm波段的紅外光，該波段形成激光束。新光束的寬度比目前的無(wú)線電系統(tǒng)小1/1000，這意味著它干擾附近沒(méi)有直接觀測(cè)激光束的系統(tǒng)的可能性要小得多。

然而，使用激光束進(jìn)行遠(yuǎn)程通信帶來(lái)了一些重大挑戰(zhàn)，最明顯的是強(qiáng)度下降。通過(guò)地球大氣層顯示的激光束迅速失去強(qiáng)度，使接收器難以檢測(cè)到傳入的光束。激光束的另一個(gè)嚴(yán)重缺點(diǎn)是，它們的窄發(fā)散要求它們直接指向接收衛(wèi)星。將這一事實(shí)與衛(wèi)星相對(duì)于地面的快速移動(dòng)性質(zhì)相結(jié)合，其結(jié)果是一個(gè)系統(tǒng)需要跟蹤衛(wèi)星，同時(shí)保持小薄激光束指向數(shù)百英里外的接收器，同時(shí)實(shí)現(xiàn)不到一米的目標(biāo)精度。

然而，三菱的研究人員已經(jīng)演示了一種可以做到這一點(diǎn)的終端接收器。接收器能夠從傳入光束中確定兩個(gè)主要因素：其相移和方向。光束的進(jìn)入方向是通過(guò)使用鏡頭和象限傳感器確定的，象限傳感器由四個(gè)主要傳感元件組成。這允許系統(tǒng)精確識(shí)別傳入光束的位置，從而調(diào)整其角度和位置，以最好地接收傳入信號(hào)。

額外使用多個(gè)分束器和參考光束還允許設(shè)備檢測(cè)0 ?、90 ?、180 ?和270 ?的四相變化。檢測(cè)相移的重要性將使數(shù)據(jù)能夠使用相移而不是僅僅是強(qiáng)度控制來(lái)傳輸。雖然強(qiáng)度控制是最簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)通信形式，但它很容易干擾環(huán)境光和大氣的變化，但相變幾乎是不可能干擾的。

總體而言，新設(shè)備裝在一個(gè)10厘米的盒子里，這不僅被認(rèn)為是世界上第一個(gè)衛(wèi)星光學(xué)激光解決方案，也是最小和最輕的解決方案之一。

激光通信能成為土基通信的實(shí)用性嗎？

雖然研究人員在衛(wèi)星上使用激光時(shí)仍有許多障礙需要克服，但將激光通信用于地面應(yīng)用也令人大吃一驚。

其中一個(gè)可以從激光通信中獲益匪淺的應(yīng)用是軍事行動(dòng)?，F(xiàn)代無(wú)線電系統(tǒng)采用加密方法來(lái)確保數(shù)據(jù)完整性，但任何安全缺陷都可能導(dǎo)致敵軍收集關(guān)鍵情報(bào)。此外，敵軍還可能部署拒絕使用無(wú)線電波的無(wú)線電干擾設(shè)備，而這些系統(tǒng)非常難以對(duì)抗。

但使用激光束將為軍事指揮所提供免受黑客攻擊和干擾的直接通信。直接使用光束意味著任何想要黑客攻擊的人都必須擋住光束，考慮到兩側(cè)都會(huì)檢測(cè)到阻擋光束，這不是一個(gè)容易的壯舉。

此外，光束不能像無(wú)線電波那樣受到干擾，任何希望禁用鏈路的攻擊者都需要將強(qiáng)烈的激光束指向接收器，這將泄露敵人的位置，或站在光束之間，這仍然會(huì)泄露敵人的位置。

激光束還可能用于連接位于光纖鏈路難以安裝的偏遠(yuǎn)地區(qū)的蜂窩塔。整個(gè)光束陣列可以在附近建立，不會(huì)相互干擾，并且添加每個(gè)光束將進(jìn)一步增加數(shù)據(jù)鏈路的帶寬。最后，使用激光束消除了蜂窩網(wǎng)絡(luò)之間的干擾效應(yīng)，允許在不安裝大量基礎(chǔ)設(shè)施的情況下進(jìn)行長(zhǎng)途通信。

激光通信為衛(wèi)星和地面通信提供了令人興奮的機(jī)會(huì)。還有許多挑戰(zhàn)有待解決，但創(chuàng)建互不干擾、可以跨越和高帶寬的通信渠道的能力可能會(huì)打開(kāi)全新的應(yīng)用程序。