无线激光通信技术范文

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篇1

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2014）09-1888-02

无线光通信（Wireless Optical Communication，WOC）是一种以光信号为载体，结合现代电信号处理技术，光信号处理技术，信号传输检测技术，光学器件设计制造技术，实现信息无线传输的现代通信技术[1]。较普通无线通信技术，具有通信速率高，抗干扰性强，保密性好，无电磁干扰，无需频率许可等众多优点，适用于目前业务数据需求量大幅提高，通信环境干扰强，安全保密性要求高，频率资源紧缺的商用和军用无线通信领域，受到国内外研究机构商业公司越来越广泛的关注[2]。

无线光通信按光信号频率波段可分为红外光，可见光和紫外光无线通信。按其使用领域可分为：空间无线光通信，主要研究以激光信号为载体的卫星间，星地间信息通信技术；大气无线光通信，主要研究光纤“最后一公里”接入技术，城市楼宇间无线通信技术和街道智能交通控制技术；水下无线光通信，主要研究潜艇，鱼雷水下无线通信技术；室内无线光通信，主要研究楼宇内定位导航，室内高速无线数据通信技术。

1 研究现状

美国、欧空局各成员国、日本等国都对卫星光通信技术极其重视，对空间光通信系统所涉及的激光器技术、调制技术、同步技术、检测技术等各项关键技术展开了全面深入的研究，完成了空间激光通信链路的概念研究，已实现了低轨卫星对同步卫星的低、中码速率激光通信实验和进行低轨卫星对地面站的激光通信实验。由于LED固体照明技术的发展和成本的降低，基于LED的大气室内无线光通信正成为国际热点研究课题[3]。

日本于2003年11月成立可见光通信联盟（Visible Light Communications Consortium， VLCC），研究基于LED的可见光通信技术及其相关标准，旨在确立光无线环境的整合性，强化日本在光技术领域的影响力，扩大可视光通信的利用领域和早日达到实用水平[4]。

IEEE 802.15无线个人局域网（Wireless Personal Area Network， WPAN）小组也于2009年1月成立了可见光通信研究组（Task Group 7， TG7），研究制定可见光通信系统物理层（PHY）和媒体访问控制层（MAC）的协议标准。

德国西门子公司于2010年1月宣布在实验室实现数据传输速率高达500Mbps，通信距离为5M的近距离单一高亮度白光LED无线通信，比目前最高速度超出2.5倍，并预计将于2010年年内使用5个高亮度白光LED完成通信距离为10M，数据传输速率为100Mbps的较长距离无线通信[5]。

美国加州大学于2010年1月成立的光通信研究中心（Ubiquitous Communication by Light Center， UC-Light），也正致力于适用于城市室内照明，智能交通系统，广告等多个领域的下一代高亮度LED无线通信系统的研究。

国内无线光通信技术的研究现在正处于起步阶段，主要集中在基于激光的空间，大气无线光通信，还没有基于LED的大气，室内无线光通信方面的报道。现有比较成熟的单位有：桂林三十四所，中科院成都光电技术研究所，深圳飞通有限公司，上海光机所，北京大学量子电子学研究所，武汉大学激光通信实验室等。

桂林三十四所主要进行军品的研究，就现在推出的大气激光通信机样机也是在军品的基础上进行民用化改造完成的。它的样机在2001年2月由主管部门进行设计定型，现在已经有部分投入试用。它的产品的主要性能参数有以下一些，传输速率：8Mb/s，34Mb/s，155Mb/s；工作波长：850nm；通信距离：1～4Km；光发射功率：小于40mW。

中科院成都光电技术研究所引进国外公司先进的激光器及其附属电路，利用自己在光学器件上的优势，开发出了工作波长为850nm，可以传输1公里、4 公里两种距离的两款产品。产品主要性能参数是，速率：10Mb/s；工作波长：850nm；通信距离：1～4km；光发射功率：3～30mW。

上海光机所承担的“无线激光通信系统”项目在2003年1月13日通过了验收。该系统具有双向高速传输和自动跟踪功能。其传输速率可以达到 622Mb/s，通信距离可以达到2Km，自动跟踪系统的跟踪精度为0.1mrad，响应时间为0.2s。

北京大学量子电子学研究所也已经开展了星际光通信系统和地面光通信系统的研究，研究原子滤光器对系统工作频段、系统性能和工作原理的影响，研究系统建立星际通信捕获、跟踪、瞄准过程。在原子滤光器的研究方面具有世界先进水平，所完成的卫星光链路采用原子滤光器的新方案新颖且具有更窄带宽和滤光能力。

哈尔滨工业大学（系统模拟和关键技术研究）、清华大学（精密结构终端和小卫星研究）、电子科技大学（侧重于APT技术研究）、华中科技大学、南京大学和广东工业大也均有相关的研究。

虽然现在国内已经有较多关于光无线通信技术的研究高校院所，但大都是基于激光信号的相关技术，还未有任何基于LED光信号的相关技术研究。基于激光的无线通信对光学器件要求较高，设备昂贵，成本较高，处于对人体健康，特别是眼睛安全的考虑，激光信号的功率一般受到严格的限制，只适用于一些特殊的通信场合。基于LED光的无线通信系统特别是基于可见光的无线通信系统，可以结合街道室内等照明系统，同时实现高速数据通信和人工照明[6]。同时LED器件发光效率高，节约能源，价格低廉，使用于照明系统时对人体健康安全无害，没有功率限制，是一种最具潜力的绿色现代高速信息通信技术[7]。

2 关键技术

无线光通信系统旨在实现一套基于激光和LED光的高数据传输率，高稳定安全保密的大气和室内无线通信系统，涉及现代电信号处理技术，光信号处理技术，信号传输检测技术，光学器件设计制造技术。研究的关键技术主要包括：

1）通信信道研究：主要研究通信信道的通信特性，包括噪声种类，来源，强度，特性，空间时间损耗，信道容量的分析和相应抑制技术的研究。无线光通信信道根据应用领域可分为大气通信信道和室内通信信道。大气通信信道主要有雨雪云雾等天气现象的光信号吸收传输衰减，大气湍流的闪烁，空气分子悬浮物等的散射，房屋树木的遮蔽，太阳路灯等自然人造光源的背景噪声，通信设备暗电流噪声量子噪声等干扰。室内通信信道较大气通信信道简单，主要有空气的吸收湍流，墙壁天花板以及桌椅等的吸收，反射，散射等现象，太阳光电视显示器等自然人造光源的背景噪声， 通信设备暗电流噪声量子噪声等干扰。

2）调制编码技术研究：主要研究基于光信号的高数据传输率，高稳定性，低误码率的调制解调，编解码技术。根据光源器件的特性，通信信道的特性研究设计适合光源器件的调制解调技术和符合光无线通信信道特性的高效高纠错率的编解码技术，以及调制编码结合的通信技术。

3）信号同步检测技术研究：主要研究光信号的同步，检测判决和噪声抑制技术。主要有扫描、对准、捕获技术，信号同步技术，信道噪声抑制技术，信号检测判决技术，信道估计均衡技术等。

4）通信器件设备研究设计：主要研究设计适用无线通信系统特性的设备元件。结合通信信道，调制编码技术，信号同步检测技术的研究结果设计相关的光源驱动电路元件，调制解调电路元件，编解码电路元件，光信号发射接收天线，接收滤波器等相关设备。

5）PHY层，MAC层等通信协议研究：主要研究设计适用于无线通信系统特性的PHY层，MAC层等通信协议。结合通信信道，调制编码技术，信号同步检测技术的研究结果设计制订通信设备间通信逻辑链路建立，码速率控制，通信帧结构，单双工通信，冲突检测，与光纤射频等通信设备的接口等PHY层，MAC层等通信协议标准。

6）网络拓扑及组网应用技术研究：主要研究多个通信设备间的网络拓扑结构，组网技术，与光纤射频等通信系统的组网交互技术。包括多个用户间的通信组网技术，高速光纤“最后一公里”无线接入技术，楼宇间街道间网络拓扑技术，楼宇内定位导航系统等应用技术。

3 总结

本文介绍了一种新型的基于激光和LED光的高数据传输率，高稳定安全保密的大气和室内无线通信系统，具有通信速率高，抗干扰性强，保密性好，无电磁干扰，无需频率许可等众多优点。在对比分析了以美国、日本、欧洲为代表的国外研究现状和国内研究进展基础上，分析说明了无线光通信包括信道建模技术、调制编码技术、同步检测技术、器件设计等多项关键技术，及其研究方向。

参考文献：

[1] Rust I C， Asada H H.A dual-use visible light approach to integrated communication and localization of underwater robots with application to non-destructive nuclear reactor inspection[J].in Proc. Robotics and Automation （ICRA）， 2012 IEEE International Conference on 2012：2445-2450.

[2] Perez-Jimenez R， Rufo J， Quintana C， et al.Visible light communication systems for passenger in-flight data networking[J].in Proc. Consumer Electronics （ICCE）， 2011 IEEE International Conference on 2011：445-446.

[3] Borogovac T， Rahaim M B， Tuganbayeva M， et al.visible light communications[J].in Proc. GLOBECOM Workshops （GC Wkshps）， 2011 IEEE 2011：797-801.

[4] Komiyama T， Kobayashi K， Watanabe K， et al.Study of visible light communication system using RGB LED lights，" in Proc. SICE Annual Conference （SICE）， 2011 Proceedings of 2011：1926-1928.

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【关键词】无线光通信 语音传输 激光内调制 幅频特性

无线激光通信是利用激光作为载波在空间直接进行语音、数据、图像等信息的双向传送的一种通信技术，它不使用光纤等导波介质，直接利用激光在大气或外太空中进行信号传递，是目前通信领域研究的热点之一。本文基于光通信基本原理，设计出一套无线激光语音通信系统，以激光内调制为工作模式，进行音频信号的传输。该系统体积小，易于携带、调节，使用更直观、方便。

1 基本理论

无线激光通信系统由发射系统、接收系统以及自由空间传输三部分组成。发射系统的核心部分包括：放大器、激光器、 A/D转换。接收系统的核心部分包括：光电探测器、低噪声前置放大器、D/A转换。探测器将接收到的微弱信号进行光电转换，由光信号转换为电信号进行输出，再经低噪声前置放大器进行放大、解码，还原为原来信号进行输出。

2 硬件设计

2.1 发射系统的硬件设计

发射端采用的电路板电压为5V，半导体激光器波长为650nm，其余器件的参数如图1所示。音频信号通过电容器C4送到三极管Q1的基极，使三极管的基极电流随着音频信号的变化而变化。这样使接在三极管集电极上的激光发射二极管中的电流受到音频信号的调制，把待传输的信号放大至激光管的线性工作区，加载到半导体激光器两端。

2.2 接收系统的硬件设计

接收发射端采用LM386芯片作为放大电路的核心部分，电路板电压为5V，光敏电阻选择硫化镉光敏电阻MG45，其余器件的参数如图2所示。其中电阻R7从输出端连接到V2的发射极，形成反馈通路，并且与R5和R6构成反馈网络。引脚7端接一个电解电容到地，起滤除噪的作用。

3 通信光路设计

由于实验是在实验室进行的，传输距离较短，故激光的发射角较小，只需在接收端的光电探测器前放置一个焦距为75mm，直径为25.4mm的双凸透镜作为接收天线，将光会聚到探测器的光敏面上。

4 性能测试

用信号发生器给一个通道输入正弦波，改变输入正弦波信号频率，同时在接收机的音箱处用示波器监测输出信号的幅度，用MATLAB软件作图得到图3所示的幅频特性，可以看出在频率f=2kHz时的幅度最大，大约为515mV。由于选取的半导体激光器和光探测器具有一定的响应时间和延时作用，因此此系统一定存在一个极限传输频率。我们测得该系统在信号频率大于20kHz时，出现了较为严重的失真现象。当输入正弦波信号频率f=1kHz时，改变输入正弦波信号幅度，测量输出信号幅度随之变化情况如图4所示，当输入信号大于6V时，输出信号基本保持不变，大约为700mV。

6 结论

自制了一套无线激光通信语音传输系统装置，传输的音质良好，测量并分析了该系统的频率极限、幅频特性和动态特性，用MATLAB绘制出了系统的传函曲线和动态特性曲线，截止频率大约为20kHz，传函曲线表明当信号频率f=2kHz时的幅度最大，动态特性曲线表明当输入信号大于6V时，输出信号基本保持不变，大约为700mV。

参考文献

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光通信分为有限光通信和无线光通信两种，有线光通信即光纤通信，已经成为广域网，城域网的主要传输方式之一。无线光通信又称为自由空间光通信。（FSOfreespaceopticalcommunication）。FSO技术以激光为载体，用点对点或者点对多点的方式来实现连接。

一、无线光通信的简介。

光通信的出现其实比无线电通信还要早一些。波波夫发送与接收第一封无线电报是在1896年。但是已发明电话而著名的，家喻户晓的贝尔，在1876年发明电话之后，就想到了利用光来通电话的问题。1880年，他利用太阳光作为光源，用硒晶体（为一种链状自然金属单质矿物、三方晶系，空间群为93.21，晶体沿Z轴延长呈针状、柱状、灰色、条痕红色，解理平行三组完全，晶体易弯曲，具挠性。莫氏硬度2.25～3。密度4.8克/立方厘米，为硒化物的风化产物，由硒铅矿变来，常与褐铁矿共生。）作为光的接收器件，成功的完成了光电话的试验。而通话的最长距离已经达到了213米。在笔者看来，在贝尔毕生的发明中，光电话应该当之无愧为最伟大的发明。

无线光通信的系统组成可如图所示

如图可以看出，一个无线光通信系统包括三个基本的组成部分，发射机，信道和接收机。FSO系统的传播介质是大气，它是凭借大气进行光的信号传播。所以，只要在发射机和接收机之间存在足够的光发射功率，并且存在无遮挡的视距路径，就可以完成FSO的通信了。

对于一个无线光通信的系统来说，最经常使用的光学波长为近红外光谱―850nm，如若要支持更大的系统功率的话，也可以使用红外光谱―1500nm的波长。在FSO点对点的传输过程中，发射机和接收机的设置都是双向的，即每一端都可发射光信号和接受光信号。以便于实现双边通信。而FSO所采用基本技术则是光电的转换（photovoltaicconversion），光电转换过程的原理是光子将能量传递给电子使其运动从而形成电流。这一过程有两种解决途径，最常见的一种是使用以硅为主要材料的固体装置，另一种则是使用光敏染料分子来捕获光子的能量。染料分子吸收光子能量后将使半导体中的带负电的电子和带正电的空穴分离。

二、FSO系统的一些关键技术。

FSO的关键技术主要包括：高功率激光光源技术，光收发天线和精密可靠的光束控制技术，大气信道的研究，高灵敏度的信号探测和处理技术，高精度的捕获、跟踪和瞄准（ATP）技术等。

高功率激光器的选择是FSO技术中十分重要的一环，激光器是用来产生激光信号，并形成光束射向空间。激光器的好坏直对通信质量及通信距离有着十分重要的影响，对系统整体性能影响更大，因而对它的选择是一个重点。空间光通信的传输距离长，空间损耗大，因此激光器输出功率大，调制速率高是对光发射器的一个重要要求。

一般用于空间通信的激光器有三类，其中的.二氧化碳激光器。，输出功率最大（>10kw），输出波长有10.6m、9.6m，但缺点是体积较大，寿命较短，因为它只适合于卫星与地面间的通信而不适合FSO系统的运用。

快速、精确的捕获、跟踪和瞄准（ATP）技术，是保证实现空间远距离光通信的必要核心技术。该系统的组成包括两个部分：捕获（粗跟踪）系统。“它比较适合在较为宽广的范围内捕获目标，捕获范围约达±1°～±20°或更大。通常采用CCD阵列来实现，并常与带通光滤波器、信号实时处理的伺服执行机构共同完成粗跟踪，即目标的捕获。捕获的视场角为几mrad，灵敏度约为10pW，跟踪精度为几十mrad；”跟踪、瞄准（精跟踪）系统。该系统是在最终完成目标捕获后，对相应目标进行瞄准和实时跟踪。通常采用四象限红外探测器（QD）或Q-APD高灵敏度位置传感器来实现，并配以相应伺服控制系统。精跟踪要求视场角为几百ad，跟踪精度为几rad，跟踪灵敏度大约为几nW。

大气信道：对于大气对激光通信信号的干扰的分析比比较有局限性，目前仅存在于大气的吸收和散射等，很少涉及到大气湍流所引起的一系列问题比如闪烁、光束漂移、扩展以及大气色散等。其实这些因素都直接影响着接收端信号的信噪比，进而影响系统的误码率和通信距离、通信带宽。因此，笔者认为有必要在这方面进行更加深入的探讨，并合理提出以上问题的解决方案。例如，采用自适应光学技术就是一个非常不错的研究方向。

三、FSO系统的优点与不足。

FSO系统是不需要向无线管理委员会申请频率执照的，所有比其他的技术都要便捷很多，而且该系统所使用的机型小巧，容易架设。能够很便捷的解决宽带接入的问题，不失为一种省钱省时省力的好方法。

1.FSO系统的频带很宽，速率很高。这是由于FSO系统的传输介质与其他的不同，它是以空气为传输介质的，所以所产生的阻碍会相对于光纤传输会更小，在相同的带宽之下，有着更大的优势。

2.FSO系统适合多种通信协议，在之前的通信系统中，一个普遍的比较麻烦的问题就是依赖与某种协议，但是FSO系统完全突破了这一限制，在现今通用的通信网络中，比如以太网，ATM等，都支持FSO的传输速率。

因此又节约了一大批的资源成本。

3.FSO系统的搭建相当方便，不论是在江河海滩上，还是办公大楼，屋顶上均能方便的架设，除了能实行地面架设以外，更不可思议的是可以直接进行空间架设。并且架设时间相当短，一般几个小时之内便可以完成，大大节约了人力资源成本。

4.FSO系统的安全性能高，由于该系统具有非常窄的波束以及良好的方向性，因此很难以扰或者窃听。同时，相对于价格昂贵的光纤网络来说，FSO系统的成本很低，大概只有光纤系统的百分之二十的成本。

此外，FSO系统在很多方面都可以得到合理的运用，比如可以用于军事设施或者国家保密部门的内部系统，用于施工难度高，技术难度大的省市或者边远地区，还可以作为防止光纤通信服务以外中断的后备计划，以及用于公司内部，家庭内部的局域网的连接。

当然，任何的网络通信系统都是有自身的缺点和不足的，FSO作为一种通信技术，自然界对其影响还是很大的。因为激光对位置的精准度要求很高，如果由于大自然的风，雨，雷等原因而造成了激光发射器或者接收器位置的稍微偏离，便会影响光信号的对准与接收。除了恶劣的天气，空气质量也是影响其工作的因素之一，空气中的散射粒子同样的会使发出的光信号产生偏差，所以FSO系统对于空气质量也是有一定的要求的。

由于FSO系统多半是用于短距离的传输，因此长距离传输也就成为了它的弱点。这使得该系统的运用范围变得很窄。同时，由于是采用激光技术，对人体的安全也是不容忽视的因素之一。

中国的FSO技术引进时间比较晚，所以无线光技术到目前为止仍然处于研究起步的阶段，尚未投入到大规模的使用和生产。少数的几家公司率先实验制制作出了成品，但是也还没有投入到生产。究其主要的原因，还是对该技术存在着技术拿捏上的不足以及对其可靠性有所怀疑，因而不敢进行大规模的使用。但是，在笔者看来，无线光通信在国外已经有了良好的发展，说明其大规模的使用已经成为了必然的趋势。它的便捷性，快速性以及对成本的要求较低，使得其成为了不可代替的一种通信技术手段。笔者相信，经过广泛的研究和对突出问题的解决，FSO技术将在国内有着非常大的发展前景。（作者单位：华中科技大学文华学院）

参考文献：

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新技术的发展推动了社会文明的进步，当前的激光通信技术已在诸多的领域得到了应用，激光通信技术主要就是以大气或者是自由空间作为媒介，然后通过载波激光在大气中传输有效的信息。也就是先将声音信号调制到激光束上，再将信号的激光发送出去。根据不同的应用范围能够将激光通信分为无线和光纤两种类型的激光通信[1]。

1.2激光通信技术的主要特征分析

激光通信技术自身有限鲜明的特点，激光通信技术在安装方面较为简单，在地形地貌等应用上的适应性比较强。能够对各种临时性的通信以及迅速抢险通信等条件得到满足。和微波通信相比较而言激光通信在空间上的占有资源也相对比较小。并且在抗电磁干扰以及保密性方面都比较强，这些优点使其在实际的应用上比较广泛，在未来的发展过程中这也是一个必然的趋势。

2激光通信技术在实际生活中的应用及前景展望

2.1激光通信技术在实际生活中的应用分析

在激光通信技术的实际应用是多方面的，无线激光通信主要是综合了光纤通信以及微波通信的优点，所以在城域网当中的应用就比较适合。在企事业当中的内部网的连接当中能够得到有效应用，校园网以及大型的企业等内部网的建设过程中，有时会存在着急需连接使用通信的情况，在一定的程度上激光通信技术是光纤技术的一种补充，在城市化的发展速度不断加快过程中，楼寓间的通信和移动间的通信倘若是利用光纤就比较的麻烦，并且还会影响城市外观环境，在通信盲区情况下通常是采用光纤直放站加以应对，这样就能够将光纤和激光通信技术两者得到补充应用，从而形成两个基站间的链路。另外，将激光通信技术在移动通信当中进行应用也能够起到很好的效果。在现阶段我国的通信领域当中，最为活跃以及发展最为快速的就是移动通信。在移动电话使用量不断上升的情况下，这给无线网络的容量和带宽提出了更高的要求，怎样能够将有限的资源得到充分利用，这也是当前的移动运营商所面临的重大课题。

激光通信技术作为一种新型的接入技术，其自身有着显著的优点，这也为移动通信领域对其的应用提供了良好的条件。在具体的应用过程中，主要就是将主干网在最近距离的天线间采取光纤进行对其连接，然后通过协议转换器通过相应的设备和天线得到有效连接，这样在一定距离内就能够形成一个有效的基站，进而就能够在这一技术的作用下实现应用。再者就是在高压电工作过区当中的应用，在这一应用当中的作用主要就是采集以及传输信息，在实际工程应用过程中将供电站的变压器工作数据传输到低压区加以检测，倘若是通过光纤进行实施就会造成环境的污染以及表面聚集尘土而发生导电情况发生。所以在这一情况下，通过激光通信技术就比较优越，能够通过空气隔离的方法绝缘，这样就能够实现安全可靠对数据进行传输[3]。在具体的应用步骤上主要就是把光发射天线安装在高压区，接收天线安装在低压区，这样就可以通过高压发射天线在空气的媒介下传递给低压的接收天线，这样就实现了信息数据的传输。

2.2激光通信技术的发展前景展望

随着我国的科学技术不断的发展，激光通信技术在应用的空间上也会逐渐的扩大，不管是在应用的领域还是研究的领域都将会取得更加优异的成果。在将来的激光通信技术的发展前景方面，激光通信技术的应用将更加广泛，这也是通过这一技术自身的优势决定的。其中对远距离的无线传输问题得到了解决，并实现了卫星技术和激光通信技术的共相发展，这些对位激光通信技术的进一步发展打下了坚实基础。在激光通信技术的不断完善过程中，这一技术将会成为城市网络通信的一个重要手段。以往的光纤技术的应用过程中，为人们的生活提供了很大的方便，但社会的进步不能停留于这一层面，尤其是当前的城镇化建设的速率加快，光纤技术在实际的应用上已经显得愈来愈存在着不足。而激光通信技术避免了影响交通、建筑等弊端，并对环境没有危害，在安全性能上相对较高，所以在将来的技术不断完善下，激光通信技术将会取代光纤技术，为城市的网络化建设提供技术上的重要支持。与此同时，激光通信技术的不断发展完善，将会在通信的领域范围内带来一场技术上的变革。在通信的领域当中，一些新技术的涌现，将会对通信产业的发展产生很大的影响，从而推动其变革，使得技术上的革新成为是通信领域发展的一个主流。最终，愈来愈多的通信技术的涌现，将会对通信领域的发展在技术上得到强有力的保障。

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中图分类号：TN929.11 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）21-0365-01

1 前言

随着信息化社会的到来，通信技术也得到了日新月异的发展。在过去的几年中，人们对传输速率的要求越来越高，使用高速率数据传输的用户数量每年都在递增，光纤通信因为能传输高速率的数据，成为广域通信网的骨干网络，如今在广域通信网中80%以上的信息是通过光纤传输的。但是从光纤骨干网到用户之间的"最后一英里"，如果铺设光缆，不仅花费大而且耗时；许多无线通信技术可以解决"最后一英里"的问题，但是这些技术需要向无线电管理委员会申请频率执照，不仅要使用户支付大量的频率占用费，而且申请也要花费数月的时间。

2 无线光通信系统的构成

无线光通信系统是以大气作为传输媒质来进行光信号的传送的。只要在收发两个端机之间存在无遮挡的视距路径和足够的光发射功率，就可以进行通信。

一个无线光通信系统包括三个基本部分：发射机、信道和接收机。在点对点传输的情况下，每一端都设有光发射机和光接收机，可以实现全双工的通信。系统所用的基本技术是光电转换。光发射机的光源受到电信号的调制，通过作为天线的光学望远镜，将光信号通过大气信道传送到接收机望远镜；在接收机中，望远镜收集接收到光信号并将它聚焦在光电检测器中，光电检测器将光信号转换成电信号。由于大气空间对不同光波长信号的透过率有较大的差别，可以选用透过率较好的波段窗口。对基于FSO的系统来说，最常用的光学波长是近红外光谱中的850nm；还有一些基于FSO的系统使用1500nm的波长，可以支持更大的系统功率。

3 无线光通信系统的特点和优势

3.1 频带宽，速率高

从理论上讲，FSO的传输带宽与光纤通信的传输带宽相同，只

是光纤通信中的光信号在光纤介质中传输，而FSO的光信号在空气

介质中传输。FSO产品目前最高速率可达，最远可传送4km。

3.2 频谱资源丰富

与微波技术相比，FSO设备多采用红外光传输，有相当丰富的

频谱资源，不需要申请频率执照，也不需要交纳频率占用费，这是一般微波通信和无线通信无法比拟的。

3.3 适用任何通信协议

适用于任何环境，不依赖某种协议。现在通信网络常用的SDH、

ATM、以太网、快速以太网等都能通过，并可支持的传输速率，用于传输数据、声音和影像等各种信息。

3.4 架设灵活便捷

FSO可以直接架设在屋顶，以及在江河湖海上进行通信，可以完成地对空、空对空等多种光纤通信无法完成的通信任务，而且无需埋设光纤，可以在几小时内建立起通信链路，方便快捷，大大缩短了施工周期。

3.5 安全可靠

无线光通信的安全性是非常显著的，由于光通信具有非常好的方向性和非常窄的波束，因此窃听和人为干扰几乎是不可能的。

3.6 经济

光纤网络的成本通常很高，铺设过程耗时，而且投资不可撤回，而无线光通信技术可以在城域光网之外提供高带宽连接，而成本只有在地下埋设光缆的五分之一。

4 无线光通信系统存在的问题

FSO是一种视距宽带通信技术，发射机与接收机之间需要严格的视线传播，当通信设备安装在高楼的顶部时，在风力的作用下建筑物会发生摆动，这样便会影响激光器的对准。由于大楼结构中某些部分的热胀或轻微的地震等原因，有时也会导致发射机和接收机无法对准。

恶劣的天气情况，会对传播信号产生衰耗。空气中的散射粒子，会使光线在空间、时间和角度上产生偏差。大气中粒子还会吸收激光的能量，衰减信号的发射功率。

传输距离与信号质量的矛盾非常突出，传输距离越大，光束就会越宽，接收的光信号质量越差。

激光的安全问题必须考虑。发射功率必须限制在保证眼睛安全的功率范围内。

5 无线光通信发挥的应用范围

可以作为预防服务中断的光纤通信和微波通信的备份；可以应用于移动通信基站间的互连，无线基站数据回传；应用于近距离高速网的建设以及最后一英里接入；不宜布线或是布线成本高、施工难度大、经市政部门审批困难的地方；在军事设施或其他要害部门需要严格保密的场合；用于企业内部网互连和数据传输。

6 国内外研究现状

Canon主要产品有：CanobeamDT-50，速率从25Mbit/s到

622Mbit/s，可连接FastEthernnet、FDDI、ATM。特点是具有自动跟踪系统，调整探测器件的位置以检测激光束的光轴，所以不因建筑物的摆动而使传输中断。同时，镜头自动跟踪特性增加传输距离达2km。CanobeamIII：数据速率达到622Mbit/s，有不同的网络接口，如ATM、FDDI、FastEthernet，并可选择SNMP的TCP/IP。

桂林三十四所产品的主要性能参数有以下一些，传输速率：8Mbit/s，34Mbit/s，155Mbit/s；工作波长：850nm；通信距离：1～4km；光发射功率：小于40mW。

中科院成都光电技术研究所，开发的产品主要性能参数有传输速率：10Mbit/s；工作波长：850nm；通信距离：1～4km；发射功率：3～30mW。

深圳飞通有限公司开发出的样机，其速率有155Mbit/s、622Mbit/s以及几种，通信距离最远可达4km。

7 FSO研究的发展趋势

FSO目前存在的问题主要集中在下面几个方面：针对大楼摆动的瞄准问题；大气中粒子对光线的散射、吸收问题；提高传输速率问题。这些问题影响了传输的可靠性，所以对这些问题的研究成为FSO的发展方向。

7.1 发射、接收的瞄准的研究

在大风中或因地震引起大楼的摆动，发射机发送的光信号对不准接收机，产生的误差大，甚至通信无法实现。目前的研究方向在于提高激光的瞄准，怎样利用非机械装置来实现精确的对准和快速瞄准；在接收机方面，散射光线也带有信息，接收散射光线越多，接收的信号能量越大，但同时接收的噪声也越大，所以尽量提高接收机接收信号总功率，又不能降低信噪比成为研究目标；

7.2 减小大气对通信的影响

在不同的环境中不同波长的光线会有不同的传播特性，这些不同的特性导致了在不同环境下，不同波长的光线会有不同的吸收窗口、不同的散射函数以及不同的折射率，需要寻求一种最优波长，在通信链路中找出波长与性能的最优组合。

7.3 传输速率的提高

FSO相对于其他接入设备最大的优势之一就是带宽。现在FSO产品的速率从2Mbit/s开始，形成多个系列，比较典型的有10Mbit/s、100Mbit/s、155Mbit/s、622Mbit/s。有的公司采用波分复用技术，速率可以达到、10Gbit/s。

综上所述，FSO的发展方向是解决大楼的抖动引起的对不准问题、大气微粒的散射问题、大气湍流影响通信问题，提高系统可靠性，在此基础上提高传输速率，使FSO发挥最大优势。

8 结束语

无线光通信已经成为现实，它是连接宽带网的一种快捷方法。文中详细地介绍了国内外目前对FSO的研究以及研究成果，分析了目前存在的问题，如果这些问题能得到解决，那么必能发挥FSO的最大潜能和优势。随着无线光通信技术的不断完善，它一定可以得到广泛的应用。

篇6

自上个世纪以来，由于通信技术发展极为迅速，中波、长波、超长波、短波、超短波以及微波通信以惊人的速度向前发展。然而事物的发展总是离不开矛和盾，随着电子通信技术的发展，电子对抗也就随之产生并发展起来了，电子侦察已成为现代作战获取情报的重要手段。无线电通信的电磁波犹如空气一样遍及全球，给敌方的无线电侦听带来了十分便利的条件，很容易泄密，给军事行动造成意想不到的损失。 因此世界各国无不在保密方面狠下功夫，制定了各种保密措施防止无线电通信泄密。利用有线电通信的信号电流是沿着金属导线流动的，虽然比无线电通信保密，但也不是万无一失的。因为信号电流在导线周围会产生磁场，根据电磁感应原理：电生磁，磁生电，同样也很容易遭到敌方的窃听造成泄密。无线电波很容易被敌方接收，即使是加密的电波，在现代电子计算机技术充分发展的年代里也很容易被破译，于是人们感到必须改变传统的通信手段，才能适应保密的需要。1960年7月，光家族的新秀―――激光问世了，伴随激光的产生，一种新颖奇特的通信―――激光通信也进入了人们的视野。这位现代通信家族中的后起之秀，以其独有的通信容量大、保密性好、抗干扰能力强、通信质量好的特点给通信业的发展带来了明媚的春天，成为现代通信领域中引人入胜的“热门”。激光作为一种光波，虽然和电磁波有所不同，但是它仍属于电磁波家族中的成员，具有电磁波的特性，能在空间以波动的形式传播。但是它和电磁波又有区别，它的频率极高，具有奇特的粒子性。

随着激光技术的发展，激光通信也出现了两种方式：一是“有线”的光纤通信；二是“无线”的大气激光通信。这两种通信方式都具有自己的保密特性。

光纤通信是使光信号在极细的玻璃丝光缆中传播，光缆深埋地下、江、河、海底或敷设在管道中，不易被发现和破坏，尤其是玻璃丝不向外辐射电磁波，不会招惹是非，使截获和侦听无可乘之机。即使碰巧被发现，它也不像金属导线那样容易“旁路”窃听；弄不好纤细的玻璃纤维竟会立即断成几节，散落四处，使侦听的企图落空，可谓“宁碎不泄密”。

大气激光通信中激光传输是一束平行而准直的细线，发散角小、方向性好，不像电磁波那样在空中到处乱窜，不掌握其传播方向是无法接收到它的信号的。即使发现激光通信信号，由于激光通信的频率极高，比微波的频率起码高10万倍以上，用现代的电子设备无法侦听，难以截获和破译。

因此看来，激光通信具有天然的保密性，它将给军事通信事业开辟崭新而广阔的天地。

篇7

中图分类号：T7 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）40-0224-01

1 该激光大气通信系统设计基本思路：

先从键盘输入要发送的文字或通过调用摄像头采集图像或选中要发送的文件，然后将采集到的图像或文字信息或文件进行数字化，发送端将信号叠加在激光器的输出载波上，接收端通过光敏三极管将接收到的光信号转换为电信号，编写的相应的应有程序将接收到的信息进行整合，最后还原出原图像或文字信息。

采集图片信息，通过自编的图片处理程序将采集到的信息进行数据压缩和编码，驱动激光器发送数据；利用激光接收电路将接收到的光信号转化成电信号，图片接收程序对其进行相应的解码和解压，便得到采集到的图片。

2 该激光大气通信系统的组成

该系统由硬件和软件两部分组成。软件部分是利用Qt进行图形用户界面的编程。Qt是一个跨平台的C++应用程序开发框架。广泛用于开发GUI程序，这种情况下又被称为部件工具箱。也可用于开发非GUI程序，比如控制台工具和服务器。

硬件部分由两台计算机、USB转TTL器件，激光发射机、光电三极管组成 。两台计算机中，一台用作信源、一台用作信宿。

如图所示，图1、图2分别为该激光大气通信系统的发射系统和接受系统的基本框图。

3 该激光大气通信系统的各个部分的功能

软件部分：

Qt：调用微软的库函数，如：调用获取摄像头的库函数、调用串口通信的库函数等等，对用摄像头获取的图片进行压缩编码。由于获取的图片是彩色图像，故先将其变为灰度图像，即图像数据压缩为原来的三分之一；然后再对灰度图像进行离散余弦变换，进一步的压缩，压缩为灰度图像的九分之一，即最后总共压缩为原来的二十七分之一。然后将数据传到串口中，等待通信。在信宿计算机中，Qt主要负责将信号解压，还原。

硬件部分：

信源计算机：获取从键盘输入要发送的文字或通过调用摄像头采集的图像信号。

USB转TTL部件：进行电平转换，同时便于将信号发射出去。

激光发射器：有效地将电信号转变为光信号，数字0使三极管截止，激光器不亮；数字1使三极管导通，激光器亮；从而“灭”代表信号0，“亮”代表信号1；进而有效地将信号发射出去。

光电三极管：作为接收器，将光信号转变为相应的电信号。

滤波电路：阻低通高，一般为4.7uF的电容。

信宿计算机：将接收到的图片或文字数字信号，进行解压、恢复、显示。

4 该激光大气通信系统的特点

4.1 创新点

1、不间断校验通讯

2系统回路简单，容易实现

3、图片采集处理程序

4、激光发送接收装置

一般的激光通信系统：发送部分主要有激光器、光调制器和光学发射天线。接受部分主要有光学接受天线、光学滤波器、光探测器。要传送的信息送到与激光器相连的光调制器中，光调制器将信息调制在激光上，通过光学发射天线发送出去。在接收端，光学接受天线将激光信号接受下来，并送至光探测器，光探测器将激光信号变为电信号，经放大、解调后变为原来的信息。而该系统不需要光调制器、光学发射天线、光学接受天线、光探测器等等，大大节省了成本；同时，该系统的图片采集处理程序设计比较巧妙，执行效率比较高；该系统还运用了CRC循环冗余检验技术，可以达到不间断校验通讯的目的，更加保证了通讯的安全性。

4.2 技术关键

1、CRC循环冗余校验

2、图片采集及处理的软件设计与编程

3、激光发射驱动电路设计

4、电平转换电路设计

5、光电转换电路设计

6、信息解码及图片恢复程序设计

5 该激光大气通信系统的科学性先进性

科学性：

1、循环冗余检查（CRC）：一种数据传输检错功能，对数据进行多项式计算，并将得到的结果附在帧的后面，接收设备也执行类似的算法，以保证数据传输的正确性和完整性。这种技术常在计算机网络中应用。

2、图片采集处理：图片处理程序调用摄像头来采集图片信息，再对图片信息进行压缩编码处理，后将信息编码分段传送，利用波特率控制传送的速率，在端口处将其发送。

3、电平转换电路将不同电气特性的接口连接起来。

4、激光发射电路静态点在微导通状态，以减小因管子导通电压引起的延时。

先进性：

1、该激光大气通信系统装置结构轻便，设备经济，比一般的激光大气通信系统更加精简、方便、实惠，并且性能更加可靠。

2、该激光大气通信系统采用CRC循环冗余检验技术，不间断校验通讯，因此，正确率比一般的激光大气通信系统的正确率更高，保密性更强，可以运用在需要严格保密环境中的信息传输。

6 激光大气通信的发展前景

1、未来的通信技术将会越来越多的用到卫星技术，仅仅依靠光纤网络技术难以实现通信技术的发展目标。因此，激光通信技术将成为通信领域发展的必要技术之一。

2、激光大气通信能跨越障碍，解决跨山沟、海峡、河流、湖泊等复杂地貌带来的挖沟布线难题；

3、激光大气通信将在应急或临时通信传输方面先出巨大优势。如在救灾、大型集会活动、野外的临时工作场所或地震等突发事件方面，作为一种临时的通信连接等等。

4、激光通信技术在未来的发展中，将会影响通信领域的发展，使通信领域诞生出更多的新技术，提升通信领域发展实力的同时，保证通信领域的发展拥有技术保障。所以，激光通信技术将会带动通信领域新一轮的技术革新。

参考文献

[1] 陈钰清.激光原理（第二版）.浙江大学出版社.2000，09.

[2] 朱振，陈凌，自由空间光通信技术，无线光通信技术，2003，1.

[3] 邹自立，悄然复兴的激光大气通信技术，光通信技术，1997，21.

篇8

一、空间光通信简介

空间光通信是一种新型的光通信方式。空间光通信技术在20 世纪80 年代就开始用于军方，随着掺饵光纤放大器、波分复用、自适应光学等技术不断发展，无线光通信在传输距离、可靠性、传输容量等方面有了较大改善， 适用面也越来越宽。

二、基本原理

空间光通信是一种基于光传输方式、采用激光承载高速信号的无线传输技术。它以激光为载体、以大气为介质，用点对点或点对多点的方式实现连接，有“虚拟光纤”的美誉。空间光通信结合了光纤通信和无线通信各自的优势，具有频带宽的特点。

下图是空间光通信的通信示意图：

（1）大气激光通信

（2）空间激光通信

三、空间光通信的发展动力

消费者对网速和带宽的要求越来越高，都在追求更快的网速和更宽的带宽。其次是消费者对无线技术的追求。从有线电话通信发展到无线电话通信我们可以看出，我们是不断朝着无线发展，朝着便捷的通信方式发展。最后是空间光通信具有其他通信方式所不具有的优势，比如安全性能比无线电波通信好，通信容量更大等等。

四、空间光通信的巨大的商业价值

空间光通信具有广阔的市场和巨大的商业价值，具体表现在以下几方面：

（1）可以克服一些通常容易碰到的自然因素障碍。（2）提供大容量多媒体宽带网接入。（3）可为大企业、大机关提供内部大容量宽带网。（4）为军事等重要部门提供宽带保密通信。（5）支持灾难抢救的应急系统。

五、制约因素

（1）自然因素。大气衰减和闪烁是影响无线光通信最大的因素，特别是雨、雾、雪等恶劣天气的影响更大。国外针对大气传输特性已作了许多研究，已取得重大进展，所推出的产品声称具有全天候通信能力。（2）技术因素。①视距技术；②对准与保持技术；虽然这些技术因素曾经一度制约着空间光通信的发展，但是现在国外已经有一些产品声称克服了这些技术瓶颈，已经能够正常通信了。（3）噪声因素。在近地面进行激光通信时，不可避免地会受到自然光和各种人造光的影响，但是在国外已经公司声称克服了这些影响做出产品。而要将光通信应用到建筑群里或者室内，这也将受到各种人造的噪声的影响，诸如荧光灯，霓虹灯和白炽灯等等。

六、无线光通信的优点

（1） 通信容量大。（2）系统尺寸、质量和功耗明显降低。（3）各通信链路间的电磁干扰小。（4）保密性强。

世界上各个大国尤其是军事大国，无不在追求可靠和保密性强的通信。因为军事上的通信的保密性是否良好对该国的安全有举足重轻的影响，甚至会影响国家的兴衰和民族的存亡，所以这就成为空间光通信。

七、军事应用

篇9

The Applied and Development of Optical Communication in Free Space

YANG Qing-li

（Department of Electronic and Information Engineering of Chengdu College University of Electronic Science and Technology of China， Chengdu Sichuan 611731， China）

【Abstract】Free-Space Optical Communication is a communication system which uses the laser as the carrier wave， and transmits laser from source to over distance through atmosphere without fiber cable. The paper introduces the basic theory and applied fields of Free-Space Optical Communication， and its present situation and future development.

【Key words】Free-Space； Optical Communication；Broadband；Devecopment

0 引言

激光通信是当今社会信息传播的最重要、最常规的手段。按照传输介质的不同，激光通信可分为光纤通信、自由空间光通信和水下通信。自由空间光通信（Free-Space Optical Communication，简称FSO），也称为无线激光通信，是一种通过激光在无需光纤的情况下实现点对点、点对多点或多点对多点间语音、数据、图像信息的双向通信技术。在宽带接入、广域网和城域网扩展、局域网互联、深空通信等领域有广泛的应用前景，是当前光通信研究的热点之一。

1 FSO简介

FSO技术具有与光纤技术相同的带宽传输能力，能以千兆的速度进行全双工通信且具有成本上的优势。它的工作原理与光纤通信系统类似，包括光发送、光传输和光接收3个部分，所用的基本技术也就是光电的转换。在点对点传输的情况下，在发送端和接收端之间，必须是互相可视的，两终端之间不能有阻挡。FSO结合了光纤通信和无线通信各自的优势，具有频带宽的特点。由于激光具有直线性和窄波束的特点，FSO主要用于点对点视距传输。与光纤通信不同的是，FSO以大气为媒质，光载波信号通过大气而不是通过光纤来传送。系统还需要保证收发两点之间，光信号良好的准直稳定。

自由空间光通信系统是以大气作为传输媒质来进行光信号的传送的。只要在收发两个端机之间存在无遮挡的视距路径和足够的光发射功率，通信就可以进行。

图1 自由空间光通信系统原理图

FSO系统主要由光发送机、光接收机、光学天线（透镜组和滤波片）和大气信道以及捕获、跟踪及瞄准（ATP）子系统组成，如图1所示。电信号经过调制器调制到由激光器产生的光载波上，再通过光学发射天线对光束整形将光信号发射到大气空间。光信号经大气信道传输，到达接收端，光学天线将接收到的光信号聚焦至光电探测器转化成电信号，经放大滤波处理，再解调成原信息。自动跟踪系统的主要功能是确保两个通信终端的精确定向，完成通信链路的建立[1]。

和其他无线通信相比，它具有不需要频率许可证、带宽高、成本低廉、保密性好，低误码率、链路部署快速、协议透明、抗电磁干扰组网方便灵活等优点[2]。特别适合骨干网的扩建、光纤网络的备援、宽频接入、企业应用、无线基地台数据的回传等领域以及其他需要高速接取的终端。随着光通信器件制造技术的飞速发展，企业对短距离高速率传输的需求越来越高，使得无线光通信技术又受到了各国军事和民用的关注。

2 FSO的应用领域

FSO具有以上技术优势，以其独特的性质，在很多领域都能有广泛的应用，例如：

1）城域网的扩展[3]，通信服务厂商在骨干网建设上花费大量资金，以提升网络整体性能与快速发展的市场需求。FSO可以用于扩展已有的城域网，将新的网络与骨干网相连接。

2）企业、校园互连。由于FSO是以小功率的红外激光束为载体，可将收发器装设在楼顶或窗外传输数据。FSO的灵活性使它可以应用于许多企业和学校，例如企业LAN到LAN的连接及校园网的连接。以FSO来代替光纤接取各局端，不但能降低成本，而且具有更高的传输速度，主干传输速率可以达到1Gbps甚至10Gbps[4]。

3）军事应用以其高保密性和安装快捷的特性广泛的应用于军事场所。

4）作为光纤的补充。目前大多数电信运营商都采用两条光纤连接来保证所构建的商业应用网的安全，现在，运营商无需部署两条光纤链路，可以选择FSO系统作为备份光纤的冗余链路，以节省投资。

5）无线基地台数据的回传。FSO也可用来接入移动电话基地台与交换中心，将基地台接收的信号传至与有线公用电话网相连的交换中心设备[5]。

3 FSO的现状和发展趋势

早在20世纪60年代，人们就对自由空间光通信进行过研究，但当时主要用于军事及实验目的，其商业应用是在最近这些年才在美国兴起。

国外在自由空间光通信（FSO）领域已经开始了将近10年的研究，但是FSO产品真正投人使用也就是最近几年的事情。美国、英国、加拿大等国的十几家厂商正在从事FSO的相关研发工作。目前，国际市场上AirFiber、LightPointe等公司是推广FSO技术的先行者。比较典型产品有AstroTerra公司的TERRALINK4-155系列产品、Air-Optica公司的UWIN802、PLH802系列和PAV数据系统公司的SKY系列产品。而Terabeam公司和Airriber公司已将FSO应用于商业服务；尤其是Terabeam公司，在2000年悉尼奥运会上成功地使用FSO设备进行图像传送，在西雅图的四季饭店也成功地利用FSO设备向客户提供100Mb/s的数据连接。大部分的FSO系统的设计均处于较短距离100～500m的技术水平，大多采用的是中等功率10～100mW激光二极管或小型光电二极管的低成本解决方案[6]。

就国内FSO的发展来说，还基本在起步阶段。在国内，从事FSO研究的主要有中国电子科技集团公司第34研究所（桂林）、成都光电技术研究所及上海光机所等单位。中国电子科技集团公司第34研究所早在1971年就开始进行FSO技术研究。FSO设备最初来到中国应该在2000年前后，那时国内从事FSO研究的主要是一些具有军方研究项目的研究所。后来，FSO获得了较好的发展，主要FSO设备公司不断取得技术和商业上的进展。清华同方公司的FSO产品TFOW100-1已经面世，它能提供100Mbps的带宽，定位在1000m之内的网络连接应用。但是还没有一家公司规模性的生产FSO设备。当然这也有FSO设备由于本身的可靠性，在国内暂时不被运营商看好的因素。

FSO技术原理比较简单，关键的问题是如何提高传输的可靠性，使其尽量达到用户的要求。现在的研究方向大多是提高可靠性，然后提高传输距离与速率，大致有以下几个方面。

（1）大气信道的研究

对于大气对通信信号的干扰分析，不能仅局限于大气的吸收和散射等，还要注意大气湍流引起的闪烁、光束漂移、扩展以及大气色散等问题。这些因素都会影响接收端信号的信噪比，从而影响系统的误码率和通信距离、通信带宽。其主要目的是准确掌握某地的气候等通信条件，同时找到气象条件影响通信质量的规律，为通信的实现提供参考数据。因此，必须在这方面做更深入详尽的分析，提出解决方案。

（2）传输可靠性的研究

这个方面主要是对信号源和接收技术的研究。对于信号源，除了要求输出光束质量好、工作频率高、出射光束窄以外，还要考虑激光器的输出功率稳定性、频率稳定性、光束方向稳定性和工作寿命等。有一些公司，比如LightPointe公司，采用多光束（四个）发射技术，既可以克服气穴的影响，同时可以克服小鸟等引起的光路的突然割断。还有比较重要的一种技术就是跟踪技术，这方面cannon公司是代表。它一般采用CCD利用光强度或者波形来自动定位、调整发射端的位置。现在几个大的FSO生产厂家都有自己的一些自己的专利技术来解决这个问题。据统计，MRV公司现在拥有最多的FSO专利，达16项之多。现在电路部分的做法一般是采取大功率连续单纵模激光器加高灵敏度Si光电二极管来克服大气信道带来的衰减，减少误码。

（3）传输速率的提高

FSO相对于其他接入设备最大的优势之一就是带宽。现在FSO产品的速率从2M开始，形成多个系列，比较典型的有10Mb/s，100Mb/s，155Mb/s，622 Mb/s。有的公司采用波分复用（WDM）技术，速率可以达到2.5Gb/s，10Gb/s。

（4）FSO设备网络拓扑的研究

FSO网可以有三种拓扑，即点到点、点到多点（星型）和网状网，也可以把他们组合起来使用，既可以单独使用，也可以组合使用。目前已使用的系统多采用点到点结构，其原因是大多数系统只是用来连接企业内部的各幢大楼，作为高带宽的专线连接。网状结构的优点是可以把业务集中到一点再接入核心网，效率较高、比较经济。但缺点是能提供的带宽较少，可靠性差。网状结构的优点是通过多个网络节点可以提供几乎实时的迂回选路，使服务得到保护。随着自由空间光通信技术的不断完善，由点对点系统向光网络系统发展是大势所趋。有专家预测，未来的自由空间光网络将形成一个立体的交叉光网，可在大气层内外和外太空卫星上形成庞大的高容量通信网，再与地面上的光纤网络相沟通，满足未来的各种通信业务需求。

（5）保密性的研究

自由空间光通信的安全保密性较好，因为红外激光的波束窄且不可见，很难在空中发现其通信链路。同时，激光束定向性好，如果想截取，一般需要在链路中插入，这是很难做到的，而即使被截取，用户也会发现，因为链路被中断。因此，自由空间光通信系统比微波系统安全得多。但是经分析论证，由于自由空间光通信信道的开放性，窃听信号而又不阻断光束的传播，也是可以做到的，所以深入研究自由空间光通信的保密方法和技术是十分必要的[7]。

从以上看来，现在FSO的发展方向是：首先提高系统的可靠性，然后在此基础上增加系统的传输速率，传输距离，从而找寻FSO更多的使用领域；同时研究FSO的网络拓扑结构，以使得FSO设备发挥最大得潜能。

随着通信需求和设备技术的进步，自由空间光通信系统已开始进入实用化研究阶段。相信不久的将来，激光通信将取代微波通信成为星际间通信的主要手段。无线电系统和光无线系统在许多方面可互为补充，光无线系统能提供小区域的高速连接，而无线电系统能提供大区域内低速通信。各种系统的无缝连接将能使用户得到更方便的服务。

4 结语

作为一种宽带接入技术，FSO以其灵活方便的接入方式，较短距离的情况下，以低廉的成本投资可获得光纤传送的速率。同时在最后一公里接入等领域也有着相当的竞争优势。自由空间光通信的任务不是取代已经发展成熟的光纤通信和微波通信，而是发挥自己特色，成为整个通信网络中的一个环节，与其他通信方式互相补充、互相配合、发挥重要作用，FSO在未来的通信领域中必将占据重要地位。自由空间光通信技术受到越来越多用户的认可，我们相信兼有光通信和无线通信优势的FOS技术会有广阔的、迷人的前景。

【参考文献】

[1]吴迪.自由空间光通信系统的设计及性能分析[D].浙江：浙江大学，2007.

[2]朱震，陈凌.自由空间光通信技术[J].无线光通信技术，2003（1）：12-16.

[3]张春，侯晓霞，范忠礼.自由空间光通信技术及其在城域光网络的应用[J].电信快报， 2003（9）：39-41.

[4]吕宏强.基于FSO技术的“最后1km”宽带接入[J].中国有线电视，2003（4）：54-55.

篇10

早在30多年前，自由空间光通信曾掀起了研究的热潮，但当时的器件技术、系统技术和大气信道光传输特性本身的不稳定性等诸多客观因素却阻碍了它的进一步发展。与此同时，随着光纤制作技术、半导体器件技术、光通信系统技术的不断完善和成熟，光纤通信在20世纪80年代掀起了热潮，自由空间光通信一度陷入低谷。然而，随着骨干网的基本建成以及最后一公里问题的出现，以及近年来大功率半导体激光器技术、自适应变焦技术、光学天线的设计制作及安装校准技术的发展和成熟，自由空间光通信的研究重新得到重视。

在国外，FSO系统主要在美英等经济和技术发达的国家生产和使用。到目前为止，FSO己被多家电信运营商应用于商业服务网络，比较典型的有Terabeam和Airfiber公司。在悉尼奥运会上，Terabeam公司成功地使用FSO设备进行图像传送，并在西雅图的四季饭店成功地实现了利用FSO设备向客户提供10OMb/s的数据连接。该公司还计划4年内在全美建设100个FSO城市网络。而Airfiber公司则在美国波士顿地区将FSO通信网与光纤网（SONET）通过光节点连接在一起，完成了该地区整个光网络的建设。

目前商用的FSO系统（见图1）通常采用光源直接输出、光电探测器直接耦合的方式，这种系统有以下几点缺点：

（l）半导体激光器出射光束在水平方向和垂直方向的发散角不同，且出射光斑较粗，因此我们需要先将出射光束整形为圆高斯光束再准直扩束后发射，这样发射端的光学系统就较为复杂，体积也会相应增大。

（2）在接收端，光斑经光学天线会聚之后直接送入PD转化为电信号。通常，我们需要提供点到点的，双向的通信系统，这样，FSO系统的每个终端都包括了激光器，探测器，光学系统，电子元器件和其中有源器件所需要的电源。这种系统的体积通常比较大，重量大，成本也比较高。从FSO系统终端的内部结构图中可以看出，完成一个简单的点到点的链路需要6个OE转换单元。随着人们对带宽的需求越来越高，PD的成本也越来越高，6个OE转换单元大大增加了成本闭。

（3）FSO终端设备一般安装于楼顶，如果终端中含有大量的有源设备，会给我们的安装带来了很多不方便。

（4）系统的可扩展性很小。如果用户所需要的带宽增加，那么封装在一起的整个FSO系统终端都需要被新的终端取代，安装新设备的过程需要再次对准，整个升级过程所需要的时间很长，给人们带来巨大的损失。

1.2基于光纤耦合技术的FSO系统

光纤输出、光纤输入的自由空间光通信系统（见图2），激光器输出的高斯光束耦合至光纤再经准直出射，传输一定距离后，光束通过合适的聚焦光学系统聚焦在光纤纤芯上，沿着光纤传输后经PD接收还原信号。这样我们通过在发射和接收端都采用光纤连接的方式，只需要在楼顶放置光学天线系统，而将其他的控制系统通过光纤放置于室内就可以实现点到点的连接，整个系统结构简单，易于安装。

这种新型的FSO系统具有以下优点：①减少了不必要的E一O转换，一条链路现在只需要2个OE接口即可，大大降低了成本。②光学系统较为简单，光纤出射的光束一般为圆高斯光，不需要整形，简化了光学系统，减小了体积，易于安装。③易于升级及维护，当用户的带宽增加时，我们只需要对放置在室内的系统进行升级即可，免去了复杂繁琐的对准过程。④基于光纤耦合的空间光通信系统能够很好的与现有的光纤通信网络结合，利用现有的比较成熟的光纤通信系统中的器件如发射接收模块，EDFA和WDM中所用到的复用器和解复用器。⑤可以与光码分多址复用技术（OCDMA）相结合，构成自由空间OCDMA系统，进一步扩大系统的带宽。

对于一个基于光纤耦合技术的FSO系统而言，以下2个因素必不可少：①体积小，重量轻的光学天线系统一个最佳的光学天线的设计首先必须使尽可能多的光耦合进单模光纤，获得最大的耦合效率；其次要能通过粗跟踪系统测出入射光的角度；另外，必须满足尽可能高的通信速率和稳定性。②性能良好的跟踪系统要使光学接收天线接收到的光能够有效的耦合进纤芯和数值孔径都极小的单模光纤，我们必须为系统加上双向的跟踪系统。

2国内空间光通信系统研究现状和进展

我国卫星间光通信研究与欧、美、日相比起步较晚。国内开展卫星光通信的单位主要有哈尔滨工业大学（系统模拟和关键技术研究）、清华大学（精密结构终端和小卫星研究）、北京大学（重点研究超窄带滤波技术）和电子科技大学（侧重于APT技术研究）。目前已完成了对国外研究情况的调研分析，进行了星间光通信系统的计算机模拟分析及初步的实验室模拟实验研究，大量的关键技术研究正在进行，与国外相比虽有一定的差距，但近些年来在光通信领域也取得了一些显著的成就。

2002年哈尔滨工业大学成功地研制了国内首套综合功能完善的激光星间链路模拟实验系统，该系统可模拟卫星间激光链路瞄准、捕获、跟踪、通信及其性能指标的测试。所研制的激光星间链路模拟实验系统的综合功能、卫星平台振动对光通信系统性能的影响及对光通信关键单元技术的攻关研究有创新性，其技术水平为国内领先，达到国际先进水平，目前该项研究已进入工程化研究阶段。上海光机所研制出了点对点155M大气激光通信机样机，该所承担的“无线激光通信系统”项目也在2003年1月份通过了验收，该系统具有双向高速传输和自动跟踪功能，其传输速率可达622Mb/s，通信距离可以达到2km，自动跟踪系统的跟踪精度为0.1mrad，响应时间为0.2s。中科院成都光电所于2004年在国内率先推出了10M码率、通信距离300m的点对点国产激光无线通信机商品。桂林激光通信研究所也在2003年正式推出FSO商品，最远通信距离可达8km，速率为10~155M。武汉大学于2006年在国内首先完成42M多业务大气激光通信试验，2007年3月又在国内率先完成全空域FSO自动跟踪伺服系统试验，这为开发机载、星载激光通信系统和地面带自动目标捕获功能的FSO系统创造了条件。另外在光无线通信系统设计、以太网光无线通信、USB接口光无线通信、大气激光传输、大气光通信收发模块和信号复接/分接技术等方面都取得了多项成果。

3自由空间光通信技术的应用与未来发展趋势

自由空间光通信和其他无线通信相比，具有不需要频率许可证、频率宽、成本低廉、保密性好，低误码率、安装快速、抗电磁干扰，组网方便灵活等优点。正是由于这些特点，FSO系统正受到电信运营商越来越多的关注与青睐。对于有线运营商，FSO可以在城域光网之外提供高带宽连接，而其成本只有地下埋设光缆的五分之一，而且不需要等6个月才能拿到施工许可证。对于无线运营商，在昂贵的E1/T1租用线路和带宽较低的微波解决方案之外，FSO在流量回输方面提供了一个经济的替代选择。在目前这个竞争激烈的环境中，FSO无疑为电信运营商以较低的成本加速网络部署，提高“服务速度”并降低网络操作费用提供了可能。而且FSO技术结合了光纤技术的高带宽和无线技术的灵活、快速部署的特性，可以在接入层等近距离高速网的建设中大有用武之地，在目前许多企业和机构都不具备光纤线路，但又需要较高速率（如STM-1或更高）的情况下，FSO不失为一种解决“最后一公里”瓶颈问题的有效途径。

FSO产品目前最高速率可达2.5G，最远可传送4km，在本地网和边缘网等近距离高速网的建设中大有用武之地，主要应用于一些不宜布线或是布线成本高、施工难度大、经市政部门审批困难的地方，如市区高层建筑物之间、公路（铁路）两侧的建筑物之间、不易架桥的河流两岸之间、古建筑、高山、岛屿以及沙漠地带等。另外，FSO设备也可用于移动基站的环路建设、场所比较分散的企业局域网子网之间的连接和应急通信。对于银行、证券、政府机关等需要稳定服务的商业应用来说，FSO产品可以作为预防服务中断的光纤备份设备。

当然，FSO在应用过程中也存在一定的瓶颈，主要是会受到大气状况或物理障碍的影响，比如其光束在传输中极易受大雾等恶劣天气，物理阻隔或建筑物的晃动/地震的影响。在恶劣的天气下，光束传输的距离会下降，从而降低通信的可靠性，严重的甚至会造成通信中断。

尽管存在不少问题，但自由空间光通信的技术优势更为明显，其自身的特点决定了在一定的环境下，它可以最大发挥自身优势，比如可以用于不便铺设光纤的地方和不适宜使用微波的地方；又由于光纤成本过高，用户无法在短期内实现光纤接入，而他们却渴望享受宽带接入带来的便利，结合我国现阶段宽带网络的实际情况——许多企业和机构都不具备光纤线路，但又需要较高速率（如STM-1或更高），FSO不失为一种解决“最后一公里”瓶颈问题的有效途径。FSO系统解决了宽带网络的“最后一公里”的接入，实现了光纤到桌面，完成语音、数据、图像的高速传输，拉动了声讯服务业和互动影视传播，实现了“三网融合”，有利于电子政务、电子商务、远程教育及远程医疗的发展，并产生了巨大的效益，具有广阔的应用领域和市场前景。

参考文献：

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随着电子通信技术的发展，它同时在很大程度上改变着人们的生活和方式。人们也能很好地运用电子通信技术突破时间和空间的局限来学习和工作。电子通信技术不仅改变着人们，它还在改变着社会和国家，使得国家不断发展。我国电子通信技术存在一些关键技术的问题，有待人们改善和加强。

一、电子通信技术概述

在现代化信息社会，电子通信技术无处不在，它涉及的范围也很广，是电子科学与技术和信息技术相结合，构建现代信息社会的工程领域，利用电子科学与技术和信息技术的基本理论解决电子元器件、集成电路、电子控制、仪器仪表、计算机设计与制造及电子和通信工程相关领域的技术问题，研究电子信息的检测、传输、交换、处理和显示的理论和技术。

二、电子通信系统关键技术问题

近几年来，电子通信技术应用十分广泛，就其最具代表性的移动通信和卫星通信来看，就存在很多关键性的技术问题，有待加强和改善。除此之外，通信加密、定位及智能化不断升级的物连网技术也更加深入用户。

（一）移动通信系统关键技术。在移动通信系统中采用分布式天线是很有效也很成功的一种方式，每个小区内都有很多个无线信号处理单元，要在核心处理单元实现信号处理的功能，首先完成信号的收发功能和简单的信号预处理，然后与核心处理单元连接，通过光纤和同轴电缆或微波无线信道来实现。有两种方式可以实现分布式移动通信，第一种是在所有的无线信号处理单元上所有相同的下行链路信号同时发射，然后小区内的无线信号处理单元接收到上行链路信号之后直接传送到中心处理单元。这种方案优点是简单，缺点则是会不断干扰系统，阻碍了系统容量的扩大。第二种方式则是在整个业务区域内完成无线覆盖的分布式天线结构，通过用大量的无线信号处理单元来实现，从而突破传统蜂窝小区的理念。这种方式也可称之为“受控天线子系统”，即“仅与移动台相近的信号处理单元负责与移动台进行通信”的方式。第二种较之第一种更理想，但同时它也更复杂。

分布式移动通信较传统的移动通信技术有几点优势，第一是小区间干扰低、SIR高且系统容量大，第二是它内部的分集能力不仅能用来抵抗阴影效应，还能够保证不衰落和扩大系统的容量。第三是它能全面提高其自身切换性能和接受信号的功率，还能降低其切换次数。第四是它对其他通信系统的干扰小并且在相同发射功率下覆盖的区域更大，反之其发射功率更低。第五是它不仅能更方便快捷地实现任意形状的无线业务服务区，还能核心处理单元集中处理信号。更能有效利用无线资源。

三、卫星通信系统关键技术

卫星通信在电子通信技术中最为先进，它也有很大的优势，包括通信距离远并且容量大，通信线路质量稳定可靠以及机动性能优越和灵活地组网。但随着不断快速发展的全球信息化产业，人们对信息的需求也越来越复杂多样，电子通信技术已进入高速、多媒体、业务多样化和可移动的个性化时代。

卫星通信的关键技术包括高速数据的业务需求、卫星通信应用宽带IP。采用一些关键技术来解决问题，一个就是数据压缩技术，它能让静态和动态的数据压缩都能有效提高通信系统在时间、频带、能量上的工作效率；第二个就是智能卫星天线系统；第三个就是宽带IP卫星通信技术的研究；第四个就是新型高效的数字调制及信道编码技术；第五个就是多址连接技术的改进和发展；第六个就是卫星激光通信技术。

未来的卫星通信数据率会通过激光通信来实现，激光的优势会在互联卫星网中得到充分发挥，因为在那里经常会应用到激光通信技术，它在外层空间进行，所以不会受到大气层的影响。还可以利用“星际激光链路”技术来缩短全球卫星通信中的“双跳”法的信号时长。有专家提出“在卫星激光通信在比微波通信数据速率高一个数量级的理想情况下，天线孔径尺寸会比微波通信卫星减小一个数量级”的观点。那么如果在空间无线电通信中以激光作为载体来进行工作和运行未来的卫星之间进行激光通信是很有前途的。

四、基于数据加密技术

基于数据加密的网络通信系统在很多的领域都可以用到，它主要就是避免信息在传输的过程中被截取或是篡改，在需要用到通信系统的领域都需要使用加密系统，从而才能保障网络中信息的安全性。加密系统是网络通信系统必不可少的一个部分，也在网络通信系统中将它的作用发挥的淋漓尽致。加密系统是基于Internet的C/S通信模型建立的，也主要是在该模型中使用。它主要是在应用层对数据进行加密、数字签名或身份认证等运算，然后发送方再将数据用三重IDEA算法进行加密，用单向散列函数SHA-1实现数字签名，并将三重IDEA的密钥K1，K2，K3等信息用RSA算法进行加密，最后将加密完成的密文发送给接收方。而接受方在接受到信息后将会按照发送方加密的方式对数据进行解密，得到发送方发送的原文，然后进一步进行验证。这样，客户端与服务器之间的通信就可以正常的进行了，从而保障了两者之间通信的安全性。

五、定位技术

要想获取到目标的具置信息，一般都是采用GPS定位信息，但当目标处在高楼耸立的城市之间，GPS的部分卫星信号处于遮挡状态，此时为了获得到目标的准确信息，可以考虑采取其他的辅助定位方式。比如说，利用伪卫星技术，该技术实质上就是指安置在地面上的地基发射站，它发射的信号与GPS的信号相类似，但该种技术需要架设额外的设施；采用DTV技术，由于大城市环境中，DTV设施资源也有限。此时可以考虑采用无线蜂窝通信系统，该系统在城市中应用成熟，基站信号好。无线蜂窝通信系统中的定位技术主要有两种体制。一种是基于下行链路的定位技术，即基于移动台的定位技术；一种是基于上行链路的定位技术，即基于移动网络的定位技术。基于移动台的定位技术要求移动台参与定位参数的测量以及测量值的求解计算。

参考文献：

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ATP系统在光通信系统中的应用随着科技发展的日新月异，自由激光空间光通信已经成为现代通信技术发展的新热点。但从技术实现方面来讲，由于激光通信具有信号光束窄、发散角小这样的特点，从而导致APT（Acquisition Pointing Tracking）捕获、跟踪、瞄准相距较远的运动体上的较窄信号光束相当困难。ATP系统是由粗跟踪和精跟踪单元构成的复合跟踪系统，其主要功能是在粗跟踪单元实现初始的捕获和跟踪，并将信标光引入精跟踪的视场范围内，然后精跟踪单元实现更高带宽的跟瞄，再将信标光稳定在可通信的视场之内，为最终空间站光通信系统工程实现奠定了一定的技术基础。

粗跟踪单元。粗瞄准单元由一个安装在精密光机组件上的收发天线，万向支架驱动电机以及粗跟踪探测器（CCD）组成，主要作用是捕获目标和完成对目标的粗跟踪。在捕获阶段，粗瞄准机构接收由上位机根据已知的卫星运动轨迹或星历表给出的命令信号，将望远镜定位到对方通信终端的方向上。为确保入射的信标光在精跟瞄控制系统的动态范围内，必须根据粗跟踪探测器给出的目标脱靶量来控制万向支架上的望远镜，使它的跟踪精度必须保证系统的光轴处于精跟踪探测器视场内，从而把信标光引入精跟踪探测器的视场内。

精跟踪单元。精跟踪单元的跟踪精度将决定整个系统的跟踪精度，它要求带宽非常高，带宽越高，对干扰的抑制能力就越强，从而可加快系统的反应速度，加强跟踪精度。因此，设计一个高带宽高精度的精跟踪环是整个ATP系统的关键所在。在这一单元我们可采用高帧频、高灵敏度、具有跳跃式读出模式的面阵电荷耦合器件（CCD）传感器。它基于深埋沟道移位寄存器技术，可以获得非常高的读出速率、非常低的噪声和非常高的动态范围。通过由捕获探测器（CCD）和定位探测器（OPIN）组成探测接收单元转换，CCD完成捕获与粗跟踪，并将接收光引导至OPlN上，在OPIN中进行误差信号的检测，从而提高信标光捕捉精度。

控制单元。将捕捉的信号经放大、整形和A/D变换处理后，在计算机中按一定的数据分配流程将信号输入。然后通过计算机给出的速度控制信号和加速度控制信号，又经数据分配接口送入D/A转换与处理网络，使伺服电机按要求转动并带动天线转动机构分别在水平和俯仰两个方位转动，以调整天线的位置，达到自动捕获、跟踪、瞄准的目的。分数阶Fourier变换技术在有线通信系统中的应用

有线通信是利用电线或者光缆作为通讯传导的通信形式，它通过对现有各类网络进行技术改造，与下一代新建网络互通和融合，成为现代通信系统的重要支柱。要消除不理想信道和噪声对信号的影Ⅱ向，必须应用新技术。分数阶Fourier变换（FRFT）的通信技术原理是以线性调频信号（chirp）作为调制信号，利用线性调频信号在分数阶里变换域的能量聚焦特性，从而提高系统的抗噪声干扰和频率选择性衰减的能力。具体应用程序如下：

信号检测与参数估计。分数阶Fourier变换作为一种新型的线性时频工具，其实质是信号在时间轴上逆时针旋转任意角度到u轴上的表示（U轴被称为分数阶Fourier（FRF）域），而该核是u域上的一组正交的chirp基，这就是分数阶Fourier变换的chirp基分解特性。所以，在适当的分数阶Fourier域中，一个chirp信号将表现一个冲击函数。因此，在信号检测与参数估计中，我们的基本思路是以旋转角口为变量进行扫描，求出观测信号乒斤有阶次的分数阶Fourier变换，于是形成信号能量在由分数阶域u和分数阶次P组成的二维参数平面上的分布。根据最大峰值坐标可以检测出chirp信号，并估计出峰值所对应的分数阶次P和分数阶域坐标，估计出信号的参数。

分集接收技术。分集接收是利用信号和信道的性质，将接收到的多径信号分离成互不相关的多路信号，然后将多径衰落信道分散的能量更有效的接收起来，处理之后进行判决，从而达到抗衰落的目的。在通信系统中，RAKE接收机由N个并行相关器和个合并器组成，每个相关器与发射信号的一个多径分量匹配。在N个相关器前增加时移单元，就可在时间上将所有分量对齐，从而采用相同的本地参考信号。然后，相关器组的输出送给合并器，将合并器输出的判决变量送到检测器进行判决。在选择性合并方式下，在多支路接收信号中，选取信噪比最高的的支路信号作为输出信号。

峰值输出。信噪比系数呈现出一个典型的振荡特性，且振荡频率与振荡幅度与时频面的旋转角度和输入信号相关。因此在采用分数阶Fourier变换技术的实际使用中，在进行近似计算处理时需要特别注意，必须对近似处理带来的误差进行评估。

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中图分类号： TN929.1?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2014）05?0012?04

0 引 言

1997年10月美国在白沙导弹靶场测试，采用中红外先进MIRACL和LPCL进行激光照射卫星探测器实验[1]，该实验使人们认识到低能激光的优势。然而，光电探测器接收光功率非常低，所以当光功率过大时可能造成探测器永久性“失明”[2]。

目前无线光通信主要应用在800 nm、1 064 nm和1 550 nm三个波段[3]，常用探测器光电二极管（PIN）和雪崩光电二极管（APD）。1 064 nm通信元器件国内相对成熟，固本课题以PIN探测器在1 064 nm波段为样本，研究当探测器达到临界饱和功率时的接收现象，并判断能否符合通信要求。通过实验建立数学模型，考虑在临近空间致盲打击的可实现性。

1 致盲理论分析

1.1 PIN探测器的损伤机制

激光对光电探测器的损伤分为软损伤和硬损伤两类[4]。顾名思义，软损伤即当有光照射时探测器经暂时的失效，光源消失一段时间后探测器又恢复原有性能。这里将这种损伤机制称之为强光饱和型失效机制。硬损伤是由于光源功率过大使探测器造成不可恢复性的损伤。硬损伤由于激光损伤应力不同又分为热学效应损伤和力学效应损伤。其中由热学效应损伤可分为：热损伤机制、缺陷型损伤机制和电子雪崩型损伤机制。由力学效应损伤主要有自聚焦型损伤机制、多光子电离型损伤机制[5]。

1.2 干扰致盲方程的建立过程

本文设计了一个用来测量光电探测器激光损伤阈值的实验方案，实验方案如图4所示。实验采用波长为1 064 nm的Nd：YAG激光器，TEM00模型，输出功率为50 mJ，脉冲宽度为18.2 ns，重复频率为800 MHz激光。样品探测器选用德国Menlosystem公司的FPD310，PIN光电二极管。光谱响应范围为850～1 650 nm，最大入射功率为2 mW，探测器最大接收频率为1.8 GHz。

实验中保持入射光功率不变，通过调节衰减片的衰减系数，模拟无线光通信中大气对长距离对激光能量的衰减。分束透镜和能量计可以对入射激光能量进行实时监测。实验主要通过示波器的观测的数据变化判断探测是否进入饱和或深度饱和状态。用He?Ne激光实时监控，防止功率过大激光对探测器的热应力损伤。图5为试验实物的实际测试现场。

3 实验结果及分析

3.1 损伤阈值

经实验得出：当衰减系数为60 dB时，此时激光器峰峰值电压为40 mV，探测器的光功率密度为0.64 μJ/cm2，经示波器观测探测器输出峰峰值为420 mV。当衰减系数为45 dB时，激光器峰峰值电压为60 mV，探测器的光功率密度为20.1 μJ/cm2，示波器观测探测器达到最大输出电压输出峰峰值为3 800 mV。当衰减系数为35 dB时，此时激光器峰峰值电压为80 mV，探测器的光功率密度为201.3 μJ/cm2，经示波器观测探测器输出峰峰值为4 000 mV，示波器显示接收脉冲出现展宽现象，展宽幅度约200%，展宽现象如图6所示，展宽时输出眼图如图7所示。此时，满足不了通信条件，出现码间串扰现象，无法提取有效信息，探测器达到测试阈值。衰减系数和探测器峰峰值统计结果见表1。

4 结 论

综合以上实验结果及分析，得出以下结论：对于天基干扰致盲，使用半导体激光器就能实现致盲效果；当激光器功率大于探测器接收阈值时，探测器出现脉宽展宽现象，该现象出现码间串扰。无法正常通信；激光束散角越小，致盲距离越短，辐照面与接收面夹角越小，对干扰致盲激光器的功率要求越低。

参考文献

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