【摘要】大气激光通信的应用越来越广泛，本文简要介绍了大气激光通信系统的原理、特点及国内外标志事件，分析了技术特点，重点探讨了大气激光通信在军、民领域的应用。
【关键词】大气激光通信；通信技术；激光通信应用
1引言
目前光通信手段中，主要利用光纤进行通信，光纤通信网络速率高、稳定性好、传输带宽大，但是光纤线路的架设费时费力、不易于跨越复杂地形、紧急情况下架设时间长。随着科技的不断发展，大气激光通信以其单色性好、方向性强、光功率集中优点及其架设迅速、灵活简便、隐蔽性好、难以窃听、成本低廉等特点，在军、民领域得到了较多的应用。
2大气激光通信的原理及特点
2.1大气激光通信原理
大气激光通信的基本原理与无线电通信类似，由两台激光通信机构成的通信系统。为了使激光通信具有全双工通信能力，每个系统都有信号调制电路、激光器和光发射（接收）天线。发射时，受调制的信号通过调制电路使激光器发光，使载有信号的激光通过光学天线发射一束受控扩散光束以便于接收天线接收。接收时，激光通信系统通过光学天线将收集到的光信号聚到光电探测器上，然后将这一光信号转换成电信号，再经过滤波、解调，还原出原始信息。
2.2大气激光通信特点
激光束具有高亮度、高频率、良好的单色性和方向性。而大气激光通信因为使用激光波束为载波，具有独特的优点。主要有一下几个方面：
2.2.1频带宽，容量大
大气激光通信系统潜在的传输速率极高，其通信带宽甚至高于光纤通信，速率可达10Gbit/s，甚至更高，能够满足军事、抢险救灾、野外作业等带宽要求。
2.2.2尺寸小，使用便捷
与微波通信系统的天线相比，大气激光通信系统的其发射和接收天线一般由光学透镜组成，设备简单，占用的空间相对较小。大气激光通信以大气为信道，无需铺设通信线路。
2.2.3方向性好，保密性强
由于激光具有良好的方向性，虽然实际通信系统中发射的激光有一定的发散角度，但相较于其他的无线电通信要窄得多。对方要想截获激光信号，必须在一个很小的区域内直接对准光路后，才可接收到信号，具有较高保密性。
2.2.4不占频率资源，抗干扰强
大气激光通信利用激光束为载波，既不向周围发射电磁波也不受电磁波影响。于其他无线通信设备相比，既不挤占通信频率，也不受电磁信号干扰。目前，还没有针对激光载波的实用化的干扰方式。
3大气激光通信的发展现状及技术分析
世界各国对激光通信技术越来越重视，对空间激光通信和大型大气激光通信技术均进行了深入研究。
3.1国内、外发展现状
早在1960年代，国外就已经对大气激光通信进行了研究。1980年，美国的喷气实验室就通过飞机实现了空对地的高速率通信。2001年Lucent公司在短距离内实现了高码率的数据通信。2006年Lightpointe公司在香港大学医学院实现了相距1.2km两栋大楼之间的全双工通信。2012年德国的TESAT公司在相距142km的两个岛上试验了速率达5.625Gbps通信链路。2014年日本Trimble-FSO公司，推出了高速率通信产品。我国1970年才开始对激光通信进行研究。2013年34所进行了陆基长距离大气激光通信传输实验，在连续的测试中达到了较小的误码率。2014年电子科大测试了达到5Gbps的光通信系统。目前，国外大气激光通信系统发展较快，已经在工程应用上取得一定成果。而国内，无论是从技术研发还是设备种类、性能都于国外同类产品有一定差距。
3.2技术分析
激光大气通信系统得以实用化涉及的关键技术主要是高效的光学系统技术、高码率的调制和解调技术、大气信道补偿技术、光波窄带滤波技术、安装校准以及高精度的对准跟踪技术。
3.2.1高效的光学系统技术
光学系统是激光通信的关键部件之一。在设计光学系统时：①激光源的波长选择。为了避开太阳关的影响，增加保密性，同时考虑到地球热辐射的影响，一般选用红外波段激光作为载波光源；②激光束散角的压缩，和光束高质量的发射，以及光信号的接收检测；③系统的小型化设计。
3.2.2高码率的调制和解调技术
在通信技术和数据快速发展条件下，在传输速率和误码率上对大气激光通信要求越来越高。目前主要采用强度调制/直接探测系统和相干调制/外差探测系统。
3.2.3大气信道补偿技术
大气中水汽、尘土以及气体分子等组成成分的变化，造成大气对激光的吸收和散射，大气湍流散斑和闪烁会影响激光传输质量。解决大气信道对激光通信的影响，一般从激光能量和激光质量上加以解决。
3.2.4对准跟踪技术
由于大气激光通信系统使用的激光束发散角一般较小，因此实现通信链路的对准及跟踪就需要对准跟踪系统（APT）技术。典型APT系统一般采用嵌套伺服控制机构，它由两个伺服环嵌套而成：低带宽的粗跟踪环嵌套高带宽的精跟踪环。还可在激光通信系统嵌入了GPS、北斗、伽利略等卫星定位系统，电子指南针，倾斜校准仪等校准仪器，提高扫描定位速度。
4大气激光通信的应用
大气激光传输技术的应用广泛，到目前为止，已经有多个系统在全球安装。
4.1在民用领域
可用于移动通信基站间信号传输，大气激光传输系即可保证大带宽，有能不干扰正常业务的情况下快速地完成安装。可用于医院、院校、停车场等楼群和建筑物间网络的互接。可避免繁杂市政手续、路面的开挖破坏、较高的施工费用和对环境或其他无线系统的干扰。可用于施工工地、没有基础通信设施的野外场所，可在短时间实现设备之间的连接。可用于地震、洪水或海啸等自然灾害摧毁基础设施后，大气激光传输系统为通讯系统的应急连接提供了迅速的解决方案。可用于空中网络、测控、测绘、摄影摄像信号的传输，可避免无线信号对飞行安全的影响，解决数据量大、实时传输困难、数据传输时间长等问题。
4.2在军事领域
大气激光通信主在军事上的应用相较于民用领域更加广泛，主要有以下几个方面：可用于不适合有线通信的场合。可以架设在海岸、岛屿、舰船、边境哨所上用以实现跨江河湖海、峡谷、高山等复杂地形下不便于建设通信线路的短距离直接通信或中继通信。可用于需要快速通信的场所。大气激光通信可以快速架设，临时替代战时受到破坏的通信链路；同时，其方便快捷和保密性好的优势，还非常适应战场移动个指挥所和部队之间的机动通信需要。可用于近距离作战单元之间的通信。作战单元的无线电通信不但容易受到敌方强电磁干扰，还常常要求无线电静默。大气激光通信能实现战斗单元之间的安全、保密通信。综上所述，大气激光通信具有其他通信方式所不能比拟的优点，把它与传统通信方式结合运用，形成通信网络，将在未来发挥重大的作用。
参考文献
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[2]李宏伟，赵爱新．大气激光通信技术的特点与应用．高新技术，2007，01（c）：6~7.
[3]任广森．大气激光通信的关键技术及其军事应用探讨．黑龙江科技信息，2010：17~18.
作者:刘志刚 单位:武警研究院装备技术研究所
