最近，三菱宣布了世界上第一个设计用于地球卫星通信的激光接收器。传统卫星通信带来了哪些挑战，三菱开发了什么，激光通信可以在地球上找到应用吗？

传统卫星通信技术带来了哪些挑战？

在过去的50年里，卫星通信在提供电信服务、活动监测、环境跟踪和天气观测方面发挥了关键作用。但是，尽管由于现代发展，卫星技术取得了长远的进步，但无线电波仍然是唯一的通信手段。

现在，该领域使用各种频率和建立专用频段以减少干扰进行了重大改进，而电子学的改进允许更高的数据速率，但无线电波能的使用没有改变。这是主要的，因为无线电波易于传输和接收，可以轻松穿透地球大气层，并且它们的发散允许更一般的瞄准要求（即收发器需要在几英里内而不是几厘米内指向目标的一般方向）。

但无线电波并非没有缺陷，现代卫星系统继续受到无线电波下降的困扰。首先，它们相对较低的频率（与可见光激光相比）减少了它们的带宽，使形成高速数据链路具有挑战性。对于需要实时报告高分辨率数据的成像卫星来说，这尤其成问题。

(资料图片)

无线电波的第二个挑战是它们的发散。虽然更宽的无线电波束可以更容易击中目标，但它们也有干扰其他卫星的风险，因此需要自己独特的频段。这还增加了减少带宽和限制任何给定区域的卫星总数的效果。

第三个挑战是无线电通信系统通常需要大型天线和天线。仅接收的设备（如GPS模块）不需要我们分开，但任何需要将数据发送回卫星的东西都需要一个盘子。因此，无线电通信系统可能会变得笨重，难以集成到较小的设备中。

三菱宣布推出世界上第一个卫星激光通信终端

三菱认识到卫星中使用的传统无线电通信系统面临的挑战，最近宣布开发世界上第一个激光通信终端。他们的新系统不是使用无线电波的卫星，而是使用1.5μm波段的红外光，该波段形成激光束。新光束的宽度比目前的无线电系统小1/1000，这意味着它干扰附近没有直接观测激光束的系统的可能性要小得多。

然而，使用激光束进行远程通信带来了一些重大挑战，最明显的是强度下降。通过地球大气层显示的激光束迅速失去强度，使接收器难以检测到传入的光束。激光束的另一个严重缺点是，它们的窄发散要求它们直接指向接收卫星。将这一事实与卫星相对于地面的快速移动性质相结合，其结果是一个系统需要跟踪卫星，同时保持小薄激光束指向数百英里外的接收器，同时实现不到一米的目标精度。

然而，三菱的研究人员已经演示了一种可以做到这一点的终端接收器。接收器能够从传入光束中确定两个主要因素：其相移和方向。光束的进入方向是通过使用镜头和象限传感器确定的，象限传感器由四个主要传感元件组成。这允许系统精确识别传入光束的位置，从而调整其角度和位置，以最好地接收传入信号。

额外使用多个分束器和参考光束还允许设备检测0 ̊、90 ̊、180 ̊和270 ̊的四相变化。检测相移的重要性将使数据能够使用相移而不是仅仅是强度控制来传输。虽然强度控制是最简单的数据通信形式，但它很容易干扰环境光和大气的变化，但相变几乎是不可能干扰的。

总体而言，新设备装在一个10厘米的盒子里，这不仅被认为是世界上第一个卫星光学激光解决方案，也是最小和最轻的解决方案之一。

激光通信能成为土基通信的实用性吗？

虽然研究人员在卫星上使用激光时仍有许多障碍需要克服，但将激光通信用于地面应用也令人大吃一惊。

其中一个可以从激光通信中获益匪浅的应用是军事行动。现代无线电系统采用加密方法来确保数据完整性，但任何安全缺陷都可能导致敌军收集关键情报。此外，敌军还可能部署拒绝使用无线电波的无线电干扰设备，而这些系统非常难以对抗。

但使用激光束将为军事指挥所提供免受黑客攻击和干扰的直接通信。直接使用光束意味着任何想要黑客攻击的人都必须挡住光束，考虑到两侧都会检测到阻挡光束，这不是一个容易的壮举。

此外，光束不能像无线电波那样受到干扰，任何希望禁用链路的攻击者都需要将强烈的激光束指向接收器，这将泄露敌人的位置，或站在光束之间，这仍然会泄露敌人的位置。

激光束还可能用于连接位于光纤链路难以安装的偏远地区的蜂窝塔。整个光束阵列可以在附近建立，不会相互干扰，并且添加每个光束将进一步增加数据链路的带宽。最后，使用激光束消除了蜂窝网络之间的干扰效应，允许在不安装大量基础设施的情况下进行长途通信。

激光通信为卫星和地面通信提供了令人兴奋的机会。还有许多挑战有待解决，但创建互不干扰、可以跨越和高带宽的通信渠道的能力可能会打开全新的应用程序。

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