İletişim | Uydudan yere lazer iletişimi güvenilirlik güvence teknolojisi
Özet : Lazer haberleşme geniş bant genişliği, yüksek veri hızı ve düşük güç tüketimi özelliklerine sahiptir.Gelecekte uydu ile yer arasında büyük veri hacimli bilgi alışverişini gerçekleştirmenin önemli araçlarından biridir. Bununla birlikte, lazer iletimi, atmosferik absorpsiyon ve saçılmadan, atmosferik türbülanstan ve arka plan ışığından derinden etkilenir ve güvenilirliği belirli zorluklara tabidir. Bu makale, uydudan yere lazer iletişimi güvenilirliği teknolojisinin araştırma durumunu, temel araştırma, yer doğrulama ve yörünge testi yönlerinden birleştirir ve ana araştırma ülkelerinin teknolojik gelişme yollarını özetler. Analiz, gelecekteki uydudan yere lazer iletişim güvenilirliği garanti teknolojisinin, tek bağlantıya dayalı güvenilirlik garanti yöntemini daha da iyileştireceğini ve ağ tabanlı garanti yönteminin araştırmasını ve yörünge testini gerçekleştireceğini göstermektedir. Çeşitli güvenilirlik güvence teknolojilerinin geliştirilmesi, uydudan yere lazer iletişiminin verimliliğini büyük ölçüde artıracak ve entegre dünya-yer bilgi ağlarının geliştirilmesini daha da teşvik edecektir.
Anahtar Kelimeler: uydudan yere lazer iletişimi; atmosferik türbülans; uyarlanabilir optik; lazer-mikrodalga hibrit iletim
Giriş
Toplumun gelişmesi ve bilim ve teknolojinin ilerlemesiyle, insanların uzay kaynaklarının kullanımına olan talebi artmaktadır. Birçok ülke ve kurum kendi uzay planlarını ortaya koymuştur. Daha tanınmış olanlar inşa edilmiş olanları içermektedir. Iridium ve Advanced Extreme High Frequency (AEHF) ve OneWeb ve Starlink gibi uzay ağı için uydu iletişim sistemleri Düşük yörüngeli İnternet uydu takımyıldızını bekleyin. Ulusal güvenliği sağlamak ve ulusal ekonomiyi teşvik etmek için Çin, dünya ile dünya arasında entegre bir bilgi ağı kurma planı da önerdi ve bir dizi araştırma sonucu elde etti.
Veri ve multimedya iletimi için artan talebi karşılamak ve giderek azalan mikrodalga spektrum kaynakları ile başa çıkmak için, insanlar lazer iletişim teknolojisini uzay uygulamalarına dahil ettiler ve bir dizi uydu-yer ve uydu arası lazer iletişim deneyi gerçekleştirdiler. Bununla birlikte, uydudan yere iletişim senaryolarında, lazer iletimi, bağlantının güvenilirliğini kısıtlayan atmosferik soğurma ve saçılma, atmosferik türbülans ve arka plan ışığından derinden etkilenir. Bu makale temel araştırma, yer doğrulama ve yörünge testi ile başlayacak, uydudan yere lazer iletişim güvenilirliği güvence teknolojisinin araştırma durumunu sıralayacak ve ana araştırma ülkelerinin teknolojik gelişme yollarını özetleyecektir.
1. Teorik araştırma ve zemin testi durumu
Uydudan yere lazer iletişimini etkileyen ana faktörler, Şekil 1'de gösterildiği gibi atmosferik soğurma ve saçılma, atmosferik türbülans, arka plan ışığı, bulut, sis ve yağmur vb. Lazer ışığının atmosfer tarafından absorbe edilmesi esas olarak, atmosferik moleküller ile belirli bir dalga boyundaki lazer ışığı arasındaki etkileşimden kaynaklanır.Lazer ışığının atmosfer tarafından saçılması, Beer-Lambert yasası ile tanımlanabilen dalga boyuyla da ilgilidir; atmosferik türbülans, atmosferik sıcaklıktan kaynaklanır. Ve basınç değişiklikleri, sinyalin yoğunluğunu ve fazını, yani dalga cephesi distorsiyonunu, genellikle gama-gama (Gama-Gama) dağılımı veya daha doğru bir iki parametreli Weibull (Weibull) dağılımı kullanarak yeniden dağıtacaktır. Açıklama: Arka plan ışığının etkisi güneşten, diğer yıldızlardan ve dağınık ışıktan vb. Gelir; Bulutlar, sis ve yağmur esas olarak absorpsiyon ve saçılma açısından lazer iletişimini etkiler. Yukarıda belirtilen çeşitli faktörlere yanıt olarak, dünyanın dört bir yanındaki ülkeler teorik araştırmalar yürütmüş ve çeşitli zemin gösteri testleri gerçekleştirmiştir.
Şekil 1 Uydudan yere lazer bağlantısını etkileyen ana faktörler
1.1. Düzgün diyafram açıklığı
Açıklık yumuşatmanın ana fikri, nispeten küçük türbülans etkilerinin ortalamasını almak için geniş bir alma açıklığı kullanmak, böylece atmosferik parıldamayı azaltmak ve sistem hata oranını düşürmektir. Açıklık yumuşatma yöntemi daha önce önerilmişti ve nispeten çok sayıda araştırma ve uygulama var. 2005 yılında Ulusal Havacılık ve Uzay Dairesi (NASA), 1550 nm bant kullanarak, 2.5 cm'lik iletim açıklığı, alıcı açıklığı değişken ve maksimum 8 inç (yaklaşık 20 cm), verici ve alıcı arasındaki mesafe 1'dir. km. NASA tarafından test edildikten sonra, alıcı açıklık 2 inç (yaklaşık 5 cm) olarak ayarlandığında ve bit hata oranı 10-3 olarak ayarlandığında, alıcı açıklık 8 inç'e yükseltildiğinde, bit hata oranı 10-12'ye düşürülür. . Alıcı açıklık arttıkça arka plan ışığının da alınacağının vurgulanması gerekir, bu nedenle alıcı açıklık boyutunun tasarımında çeşitli efektler göz önünde bulundurulmalıdır.
1.2. Çoklu alıcı açıklığı
Birden çok alıcı açıklığın ana fikri, birden çok ilişkisiz sinyali almak, farklı alan koşulları altında yol koşullarının ortalamasını alarak atmosferik etkiyi azaltmak ve bağlantı kullanılabilirliğini iyileştirmek için sıralı alıcı birimleri kullanmaktır. Uzay çeşitliliğinin avantajlarından daha iyi yararlanmak için, verici uç ile alıcı uç arasındaki anten aralığı, yollar arasındaki atmosferik etkileri ilgisiz kılacak kadar geniş olmalıdır. Deneyler, çoklu giriş çoklu çıkış (MIMO, Çoklu Giriş Çoklu Çıkış) optik sistemlerinin, tek girişli tek çıkışlı (SISO, Tek Girişli Tek Çıkış) optik sistemlere göre kanal solmasına daha toleranslı olduğunu kanıtlamıştır.
1.3. Uyarlanabilir Optik
Uyarlanabilir optiğin ana fikri, atmosferik türbülansın etkisinin eşlenikini dalga cephesine ekleyerek, atmosferik türbülansın etkisini ortadan kaldıracak şekilde kapalı döngü kontrolünü benimsemektir. Tipik bir uyarlanabilir optik sistemi Şekil 2'de gösterilmektedir. Atmosferden etkilenen dalga cephesi distorsiyonlu sinyal ışığı alıcı teleskop sisteminde meydana gelir ve deforme olabilen ayna tarafından yansıtıldıktan sonra ışığın bir kısmı ışın ayırıcıdan dalga cephesi sensörüne iletilir. Işığın geri kalanı alıcıya geçer. Ön dalga sensörünün çıkış sinyali, sinyal ışığının dalga cephesi ile ilgilidir ve deforme olabilen ayna, sinyal ışığının dalga cephesini değiştirmek ve dalga cephesi distorsiyonu ortadan kaldırılana kadar bir geri bildirim sistemi oluşturmak için gerçek zamanlı kontrol sistemi tarafından kontrol edilir.
1994'te Amerika Birleşik Devletleri, uyarlanabilir optik deneyleri yapmak için Apollo 15'i kullandı. Deneyde, 1.5 metre optik açıklığa sahip bir teleskop sistemiyle ayın yüzeyindeki Apollo 15'e yerleştirilmiş bir reflektöre iletilen 1060 nm'lik bir lazer kullanılıyor ve yer istasyonunda 3.5 metrelik bir açıklığa sahip başka bir teleskop sistemi tarafından yansıtılıyor. Deneyler, yayılan lazer ışını uyarlanabilir optikler tarafından telafi edildiğinde, alıcı cihazın optik sinyali alabildiğini, ancak lazer ışınının uyarlanabilir optikler tarafından telafi edilmediğinde sinyali alamadığını bulmuştur. Mikro-Elektro-Mekanik Sistemler (MEMS) teknolojisinin hızlı gelişimi ile, MEMS tabanlı deforme olabilen aynalar, uyarlanabilir optik teknolojisinin kullanım verimliliğini daha da artıracak daha büyük bir kontrol bant genişliği elde edebilir.
Şekil 2 Tipik bir uyarlamalı optik sistemin şematik diyagramı
1.4. Modülasyon ve kodlama
Uzay lazer iletişiminde, sinyal-gürültü oranı ve bit hata oranı, uygun modülasyon ve kodlama yöntemlerinin seçilmesiyle etkili bir şekilde geliştirilebilir. Uygulama kolaylığı ve yüksek güç verimliliği nedeniyle, en yaygın olarak kullanılan erken uzaysal optik iletişim modülasyonu yöntemi, yoğunluk modülasyonu / doğrudan algılama (IM / DD, Intensity Modulation / Direct Detection) sistemi, özellikle On-Off Keying (OOK) idi. ) ve darbe pozisyon modülasyonu (PPM, Darbe Konumu Modülasyonu). Bununla birlikte, teknolojinin ilerlemesiyle, insanlar daha yüksek hassasiyete sahip tutarlı algılama sistemine dayalı İkili Faz Kayması Anahtarlama (BPSK) ve Diferansiyel Faz Kayması Anahtarlamasına (DPSK) daha fazla önem veriyor. ) Ve diğer modülasyon yöntemleri. Bunlar arasında, DPSK'nın ilave beyaz gürültüye (AWGN, Katkı Maddesi Beyaz Gauss Gürültüsü) karşı performansı BPSK'dan 3 dB daha düşüktür, ancak BPSK'nın taşıyıcı faz belirsizliği problemini çözer ve güç verimliliği OOK'tan 3 dB daha yüksektir. Daha fazla ilgi.
İleri hata kontrolü (FEC, İleri Hata Kontrolü) yöntemlerinin kullanılması, RS (Reed-Solomon) kodları, Turbo kodları, evrişimli kodlar ve düşük yoğunluklu eşlik kontrolü (LDPC, Düşük Yoğunluk) gibi bağlantı performansını da geliştirecektir. Parite Kontrolü) kodu vb. Hata düzeltme kodları tanıtıldığında, kanal zayıflamasından kaynaklanan hatalar tespit edilebilir ve düzeltilebilir. Zayıf atmosferik türbülans için, RS kodu ve PPM kombinasyonu 6 dB'lik bir kodlama kazancı sağlayabilir; güçlü atmosferik türbülans için Turbo kodları ve LDPC kodları daha uygundur.
1.5. Lazer / Mikrodalga Hibrit İletim
Lazer / mikrodalga hibrit iletimin ana fikri, lazer bağlantısıyla bağlanan iki düğüm arasında ek bir mikrodalga bağlantısı kurmak ve düğümler arasında kesintisiz iletişim sağlamak için kötü hava koşullarında yardımcı iletim için mikrodalga bağlantısını kullanmaktır. 2006 yılında, Pennsylvania Eyalet Üniversitesi'ndeki bilim adamları, havadan lazer / mikrodalga hibrid iletiminin bir değerlendirme çalışması yaptı. Çalışmalar, lazer bağlantılarının, bulut parçacıklarının neden olduğu zayıflama ve saçılmadan dolayı bulutlardan büyük ölçüde etkilendiğini, ancak mikrodalga bağlantılarının kullanılmasının genel bağlantının kullanılabilirliğini büyük ölçüde artırabildiğini bulmuştur.
Normal lazer / mikrodalga hibrit iletim yöntemi, lazer bağlantısı iletişim kurabildiğinde lazer iletimini kullanır ve iletişim kuramadığında veri iletimi için mikrodalga bağlantısını kullanır. Bu yöntem, yalnızca genel kanal bant genişliğini etkili bir şekilde kullanmakta başarısız olmakla kalmaz, aynı zamanda lazer ve mikrodalga bağlantılarının değiştirilmesi sırasında kolaylıkla gereksiz iletim kesintisine neden olur. 2009 yılında, Virginia Üniversitesi'ndeki bilim adamları, mikrodalga bağlantısının ve lazer bağlantısının aynı anda verimli çalışmasını sağlayan bir sembol oranı uyarlanabilir eklem kodlama şeması önerdiler. 2010 yılında Massachusetts Üniversitesi'ndeki bilim adamları bir hibrit kanal kodu önerdi, tek tip olmayan kodlar ve oran uyumlu LDPC kodları kullanarak, iletişim kapasitesini artırırken taşıyıcı sınıfı güvenilirlik (% 99,999) elde etti.
2. Araştırmanın mevcut durumu
Uzay lazer iletişimi geniş kapsamlı stratejik değere sahiptir, bu nedenle çeşitli ülkelerin hükümetleri tarafından tercih edilmektedir. Bunların arasında Amerika Birleşik Devletleri, Avrupa ve Japonya, derin optik iletişim teknolojisi altyapısı ve zengin uydu üretimi ve kullanım tecrübesiyle art arda yörünge içi testler ve doğrulamalar gerçekleştirerek olumlu sonuçlar elde etti. Çin'deki birçok bilimsel araştırma kurumu ve üniversite de devletin desteğiyle bir takım araştırmalar yaptı. Bununla birlikte, uzay lazer iletişimi, yüksek teknik zorluk, yüksek yatırım maliyeti ve uzun test süresi nedeniyle 30 yıllık geliştirmeden sonra hala yörünge üzerinde doğrulama aşamasındadır ve olgun uygulamalardan yoksundur.
2.1. Amerika Birleşik Devletleri
Amerika Birleşik Devletleri, atmosferik lazer iletişim araştırması yapan dünyadaki ilk ülkelerden biridir. 1980'lerden beri uzay lazer sistemleri üzerinde çalışmaktadır. .
2001 yılında, MIT Lincoln Laboratuvarı'nın lazer iletişim yükünün yardımıyla, "Eşzamanlı Parça Hafif Teknoloji Testi" (GeoLITE, Geosynchronous Lightweight Technology Experiment projesi, 1550 nm bant ve IM / DD sistemi kullanarak jeostasyonel yörünge (GEO) uydusunun yere lazer iletişim deneyini gerçekleştirdi ve veri iletim hızı 1 Gbps'den büyük.
2013 yılında, Amerika Birleşik Devletleri başarıyla gerçekleştirdi "Lunar Laser Communication Demonstration Verification" (LLCD, Lunar Laser Communication Demonstration), Ay sondası ile yer istasyonu arasında iki yönlü lazer iletişimi sağlamak için 1550 nm bant ve PPM kullanarak, iletişim mesafesi 400.000 kilometre, 16PPM aşağı bağlantı hızı 39 Mbps-622 Mbps ve 4PPM yukarı bağlantı hızı 10'dur. Mbps-20 Mbps. LLCD projesinde, yer istasyonu 4 verici ve 4 alıcı optik sistem kullanır. 15 cm çapında 4 teleskop bir verici dizi oluşturur ve 40 cm çapında 4 teleskop bir alıcı dizisi oluşturur.Atmosferik etkiyi azaltmak için çoklu alıcı açıklıkları kullanılır.
2014 yılında Amerika Birleşik Devletleri merkezli "Lazer İletişim Bilimi için Optik Yük" (OPALS, Lasercomm Science için Optik Yük), Uluslararası Uzay İstasyonu ile yer istasyonu arasındaki lazer iletişimini gerçekleştirir.Uzay istasyonundan yer istasyonuna 37 saniyelik yüksek çözünürlüklü bir video iletmek yalnızca 3,5 saniye sürer. Ortalama aşağı bağlantı hızı 50 Mbps'dir ve iletim mesafesi yaklaşık 400 kilometredir. . Uluslararası Uzay İstasyonundaki lazer terminali 1550 nm bandını kullanır ve 2,5 W yayar. Testin bir diğer önemli görevi, gelecekteki lazer iletişim testleri için bir bağlantı düzeltme referansı sağlamak için farklı atmosferik koşullar altında uzaydan dünyaya bağlantı hakkında veri toplamaktır.
2017'de Amerika Birleşik Devletleri başlatıldı "Lazer Haberleşme Röle Gösterimi" (LCRD, Laser Communications Relay Demonstration) 2019 yılında uyduları, yer istasyonları arasında ve Uluslararası Uzay İstasyonu ile yer istasyonları arasında lazer iletişimi gerçekleştirmek için röleler olarak hizmet verecek ve NASA'nın lazer bağlantılarının performansını farklı zamanlarda ve farklı hava koşullarında incelemesine yardımcı olacak şekilde başlatmayı planlıyor. LCRD, 1.25 Gbps / 2.88 Gbps'lik uydudan yere iletişim hızlarına ulaşmak için DPSK ve uyumlu algılama sistemine dayalı 1550 nm bant seçmeyi ve yer istasyonuna uyarlanabilir bir optik sistem ekleyerek atmosferik türbülansı aşmak için uydudan yere lazer iletişimi yeteneğini artırmayı planlıyor. Buna ek olarak NASA, küçük türbülansın neden olduğu iletim performansı düşüşünü yumuşatmak için 1 metre açıklığa sahip optik antenler kullanarak iki yer istasyonu daha inşa etmeyi planlıyor.
ABD Savunma Bakanlığı planlamıştı "Dönüşen Uydu Haberleşme Sistemi" (TSAT, Dönüşümsel Uydu İletişim Sistemi) projesi, yüksek iletim hızlarına ve İnternet tipi hizmetlere sahip bir askeri uydu iletişim sistemi kurmayı amaçlamaktadır. TSAT, biri yedek uydu olarak kullanılan toplam 6 GEO uydusunu başlatmayı planlıyor. Uydular, 20 ila 50 lazer bağlantısını desteklemek için yüksek hızlı lazer iletişim teknolojisini kullanıyor. Tek bir bağlantının veri aktarım hızı 10 Gbps-100 Gbps'dir ve destek, uzay tabanlı içerir , Hava istihbaratı, gözetleme ve keşif veri iletimi. Yüksek inşaat maliyetleri, yüksek teknik riskler ve geliştirme gecikmeleri nedeniyle proje 2009 yılında iptal edildi.
2.2. Avrupa
Avrupa 1985'ten beri gelişiyor "Yarıiletken Uydular Arası Lazer Haberleşme Testi" (SILEX, Semi-Conductor Inter Satellite Link Experiment) projesi ve 2001 yılında yüksek yörüngeli uydu ARTEMIS ile düşük yörüngeli uydu SPOT4 arasında 800 nm bant ve 50 Mbps haberleşme hızı kullanılarak lazer iletişimini gerçekleştirdi. 2005 yılında ARTEMIS uydusu, 2 Mbps yukarı bağlantı hızı ve 50 Mbps aşağı bağlantı hızı ile Japon OICETS uydusunun lazer terminali LUCE ile bir iletişim bağlantısı kurmak için SILEX lazer iletişim terminalini kullandı.
Almanya 2008 yılında TerraSAR-X uydusunu başarıyla kullandı "Lazer Haberleşme Terminali" (LCT, Laser Communication Terminal) ABD NFIRE uydusu ile 1064 nm bandını ve BPSK uyumlu tespitini kullanarak uydular arası bir lazer iletişim deneyi gerçekleştirdi, iletişim mesafesi yaklaşık 5000 kilometre idi ve veri aktarım hızı her iki yönde 5,65 Gbps'ye ulaştı. 2010 yılında, NFIRE uyduları ve LCT yüklerinin yardımıyla, Amerika Birleşik Devletleri ve Almanya ortaklaşa bir düşük yörüngeli (LEO) uydudan yere lazer iletişim testi gerçekleştirmiştir.Yer istasyonu deniz seviyesinden 2350 metre yükseklikte, yer LCT açıklığı 6,5 cm ve uzay tabanlı LCT açıklığı 12,4 cm'dir. İletişim hızı her iki yönde 5,65 Gbps'ye ulaşır. Bu deney sayesinde, ortak ekip büyük miktarda lazer iletişimi atmosferik bağlantı verisi biriktirdi ve daha yüksek rakımlı alanlarda uyarlanabilir optiğin gerekli olmadığını kanıtladı.
SILEX ve LCT'nin başarısı göz önüne alındığında, Avrupa 2008'de başladı "Avrupa Veri Aktarma Uydu Sistemi" (EDRS, Avrupa Veri Röleleri Sistemi) planını yaptı ve LEO uydusundan GEO uydusuna lazer iletişimi gerçekleştirmek için uydu tarafından taşınan yeni nesil LCT yükünü kullanarak 2016 yılında ilk EDRS-A uydusunu başlattı, iletişim mesafesi yaklaşık 45000-75000 kilometre, veri iletimi Hız 1,8 Gbps'dir. Yeni nesil LCT hala 1064 nm bandını kullanıyor ve optik anten açıklığı 13,5 cm'ye yükseltildi. Bununla birlikte, lazer iletişiminin sınırlı güvenilirliği göz önüne alındığında, GEO uydusundan yer istasyonuna 1.8 Gbps veri iletim hızı ve% 99.6 normal çalışma süresi ile daha olgun Ka-bant mikrodalga iletişimi benimsenmiştir. Ayrıca LEO uyduları ile GEO uyduları arasında 300 Mbps haberleşme hızıyla bir Ka bağlantısı kurulmuştur.
2.3. Japonya
Japonya, 1986 gibi erken bir tarihte ve 1995'te NASA'nın desteğiyle bir lazer iletişim testi projesi başlattı "Lazer İletişim Ekipmanı" (LCE, Lazer İletişim Ekipmanı), GEO uyduları ile yer istasyonları arasında her iki yönde 1 Mbps veri iletim hızıyla dünyanın ilk lazer iletişimini sağlamak için 830 nm bandı ve IM / DD sistemi kullanılarak ETS-VI uydusuna monte edilir.
2006'da Japonya başarıyla geliştirdi "Lazer Kullanım İletişim Ekipmanı" (LUCE, Lazer Kullanan İletişim Ekipmanı) ve LEO uydudan yere lazer iletişim gösterileri gerçekleştirmek için Japonya, Almanya, Amerika Birleşik Devletleri, İspanya ve diğer ülkelerdeki OICETS uydu ve yer istasyonlarında gerçekleştirildi. Test 800 nm bant ve IM / DD sistemi kullanır, aşağı bağlantı veri iletim hızı 50 Mbps ve yukarı bağlantı veri iletim hızı 2 Mbps'dir.
LCE ve LUCE sonuçlarına göre, Japonya 2015'te açıklandı "Lazer Veri Rölesi Uydu" projesi, 2.5 Gbps haberleşme hızına ulaşmak için 1064 nm bant ve DPSK uyumlu modülasyon ve demodülasyon sistemine dayanan bir "Lazer Veri Aktarma Uydusu" nun 2019 yılında piyasaya sürülmesi bekleniyor. Mevcut tasarım, LEO uydu optik terminalinin 35 kg ağırlığa ve 10 cm optik açıklığa sahip olması ve GEO uydu optik terminalinin 50 kg ağırlığa ve 20 cm optik açıklığa sahip olmasıdır.
2.4. Çin
Yurtiçi uzay lazer iletişim teknolojisi araştırması Amerika Birleşik Devletleri, Avrupa ve Japonya ile karşılaştırıldığında geç başladı, ancak 20 yıldan fazla süren sıkı çalışmanın ardından iyi sonuçlar elde edildi.
16 Ağustos 2011'de Harbin Teknoloji Enstitüsü tarafından geliştirilen lazer iletişim yükü taşındı Okyanus İki Uydusu (HY-2) Başarıyla yörüngeye fırlatıldı. 2011'in sonunda LEO, LEO'dan yere lazer bağlantısının iki yönlü edinimini ve takibini gerçekleştirdi ve 504 Mbps veri iletim hızı ile Çin'de ilk uydudan yere lazer bağlantı iletişim testini gerçekleştirdi.
16 Ağustos 2016'da, Çin Bilimler Akademisi, Şangay Optik ve İnce Mekanik Enstitüsü, Yüksek hızlı uyumlu lazer iletişim yükü Fırlatma için bir kuantum uydusuna monte edildi ve 28 Aralık 2016'dan 15 Ocak 2017'ye kadar yörünge üzerinde testler gerçekleştirildi, 1.000 kilometreden fazla bağlantı mesafesi ve düşük yükseklik açısı (yaklaşık 20 derece) olan bir uydudan yere lazer elde edildi. İletişim. İki yönlü bağlantıda, aşağı bağlantı uyumlu sistemi benimser ve veri iletim hızı 5.12 Gbps'ye ulaşır ve yukarı bağlantı PPM sistemini benimser ve veri iletim hızı 20 Mbps'dir.
12 Nisan 2017'de Harbin Institute of Technology tarafından geliştirilmiştir. GEO uydu lazer iletişim yükü 13. (Zhongxing 16) uydusunda taşınır Uzaya fırlatın. Test ekibi, Çinin ilk GEO-yer iki yönlü lazer iletişim testini gerçekleştirdi. Yer istasyonunun alıcı anten açıklığı 1 metre, veri iletim hızı 0,6 Gbps, 1,25 Gbps ve 2,5 Gbps'dir. Çoklama, 5 Gbps'lik maksimum iletim hızına ulaşır. Deney ayrıca atmosferin uydudan yere lazer iletim bağlantısı, biriken atmosferik etki verileri üzerindeki etkisi üzerine ilgili araştırmalar yaptı ve uzun mesafeli yüksek hızlı lazer iletişimi için atmosferik etki dengeleme teknolojisini geçti.
2.5. Yörünge Üzerine Araştırma Özeti
Uzay lazer iletişim teknolojisi henüz olgunlaşmadı.Özellikle uydudan yere lazer iletişimi başta olmak üzere çeşitli ülkeler tarafından aktif olarak yürütülen yörünge üzerinde araştırma deneyleri, iletişim sistemini doğrulamaya, iletişim hızını artırmaya ve atmosferik etkiyi incelemeye odaklanıyor ve uzay lazer iletişim ağı henüz oluşmadı. Tablo 1, yurtiçi ve yurtdışındaki temsilci yörünge testlerini özetlemektedir.
Tablo 1 Uzay lazer iletişiminin yörünge üzerinde doğrulaması üzerine araştırma ve yer lazer iletişimi için güvenilirlik garantisinin dikkate alınması
Tablo 1'den görülebileceği gibi, teknik olgunluk ve test maliyetleri nedeniyle, çoğu erken uydudan yere lazer iletişim deneyleri, atmosferik etkilerle başa çıkmak için yöntemleri dikkate almadı. 2010'dan sonra, çeşitli yörünge içi testleri, daha büyük optik açıklıkların, çoklu alıcı açıklıkların ve uyarlanabilir optik sistemlerin kullanımı da dahil olmak üzere, lazer bağlantılarının güvenilirliğini artırmak için yöntemlerin kullanımını yavaş yavaş vurgulamaya başladı. Birkaç tipik test:
- 2010 yılında, Almanya ve Amerika Birleşik Devletleri bir yüksek irtifa (2350m) yer istasyonu seçtiler Uyarlanabilir bir optik sistemi desteği olmadan, BPSK uyumlu sistemi, 5,65 Gbps'lik bilinen en yüksek uydudan yere iki yönlü iletişim oranını elde etmek için kullanıldı;
- 2013'te ABD LLCD projesi, atmosferik türbülansın etkilerini ortalamak için çoklu alıcı açıklık yöntemini kullandı ve ay sondası ile yer istasyonu arasında 400.000 kilometre mesafeyle bir lazer iletişim gösterimi gerçekleştirdi;
- 2016 yılında, sistemin güvenilirliğini sağlamak için, Avrupa EDRS projesi yalnızca uydular arasında lazer iletişimi kullandı.Uydudan yere, normal çalışma süresinin% 99,6'ya ulaşmasını sağlamak için hala Ka-bant mikrodalga iletişimini kullanıyor;
- 2019 yılında Amerika Birleşik Devletleri'nde uygulanması planlanan LCRD projesinin yanı sıra, lazer bağlantılarının güvenilirliğini artırmak ve GEO'dan yere lazer iletişimi gerçekleştirmek için uyarlanabilir bir optik sistemi kullanılacaktır.
Ek olarak, dünyanın önde gelen lazer iletişim araştırma ülkeleri, atmosferik verilerin birikimini açıkça vurguladılar. Örneğin, 2014 yılında Amerika Birleşik Devletleri'ndeki OPALS projesi, farklı mevsimler, farklı zamanlar, farklı hava koşulları, farklı irtifalar ve farklı coğrafi konumlar gibi faktörlerin lazer bağlantıları üzerindeki etkilerini incelemek için uzay istasyonundan yere fırlatılan lazer ışınlarını kullandı. Bu veriler, gelecekte uydudan yere güvenilir lazer bağlantılarının nasıl kurulacağı konusunda büyük destek sağlayacaktır.
Sonuç
Yaklaşık 30 yıllık bir geliştirmeden sonra, uydudan yere lazer iletişim teknolojisi iletişim hızını Mbps'den Gbps'ye çıkardı. Son yıllarda, atmosferik etkilerle başa çıkmak için uyumlu iletişim sistemleri, dalga boyu bölmeli çoğullama teknolojileri ve çeşitli güvenilirlik güvence teknolojilerinin piyasaya sürülmesi, uydudan yere lazer iletişim hızlarının 100 Gbps'ye ulaşma potansiyeline sahip olmasını sağlamıştır. Şu anda, diyafram düzleştirme, çoklu alıcı açıklıklar, uyarlanabilir optikler, modülasyon ve kodlama ve lazer / mikrodalga hibrit iletim gibi teorik araştırma ve yörünge üzerinde test için ana güvenilirlik güvence teknolojilerinin tümü tek bağlantı performansının, yani noktadan noktaya iyileştirmeyi düşünmektedir İletişim linki. Yukarıdaki yöntemler, atmosferin uydudan yere lazer bağlantısı üzerindeki etkisini bir dereceye kadar hafifletmesine rağmen, ağın rolünü göz ardı etmekte ve sistemin maksimum verimini elde edememektedir.
Son yıllarda, uzay lazer iletişim teknolojisinin kademeli olarak gelişmesiyle birlikte, 21. yüzyılın başlarında Amerika Birleşik Devletleri'nde önerilen TSAT projesi (daha sonra aşırı bütçe nedeniyle iptal edildi) ve Lazer Işığı İletişimi gibi dünyayı kapsayan uydu lazer ağ çözümleri önerildi. 2014 yılı civarında önerilen "Yüksek Artikülasyonlu Lazer Optiği" (HALO, Yüksek Artikülasyonlu Lazer Optiği) projesi, dünyayı kapsayan tamamen optik bir iletişim ağı elde etmek için 8 ila 12 orta yörüngeli uydu kullanmayı planlıyor. Lazer ağını kullanma fikri, genel ağın güvenilirliğini artırmak için fikirler ortaya çıkardı.Ağın kendisini kullanarak, aşırı hava koşullarında, lazer iletişimi için yönlendirme yolunu uyarlamalı olarak yeniden seçmek, uydular ve yer arasındaki iletişimin güvenilirliğini sağlayacaktır. Hizmet kalitesini daha da iyileştirin.
Gelecekteki uydudan yere lazer iletişim güvenilirliği garanti teknolojisinin, tek bağlantıya dayalı güvenilirlik garanti yöntemini daha da geliştireceği ve ağ tabanlı garanti yönteminin araştırmasını ve yörünge testini gerçekleştireceği görülebilir. Çeşitli güvenilirlik güvence teknolojilerinin geliştirilmesi ve koordineli kullanımı, uydudan yere lazer iletişiminin verimliliğini büyük ölçüde artıracak, sistemin verimliliğini en üst düzeye çıkaracak ve entegre dünya-yer bilgi ağlarının gelişimini teşvik edecektir.
Kaynak: Academic plus
(Bu makale bir ağ alıntı veya yeniden basımdır, telif hakkı orijinal yazara veya yayın medyasına aittir. Çalışmanın telif hakkıyla ilgiliyseniz, lütfen bizimle iletişime geçin.)
