大气激光通信技术与应用探析

大气激光通信技术与应用探析

王伟俊,解海

西安航天远征流体控制股份有限公司  陕西省  西安市 710000

摘要：大气激光通信是一种将激光以光的形式传输的新技术，它既具有光纤通信的特点，又具有微波通信的特点，能够在不使用光纤的情况下，将大量的激光光波传输出去，具有十分明显的优势。在此基础上，深入研究其在军用和民用方面的应用，为其在其它方面的应用提供参考依据。

关键词：大气激光通信技术；民用；军事；应用

引言：

目前，激光通信主要依靠光纤来实现，光纤通信网络具有稳定性强、传输效率高等优点，但也存在着一定的缺点，比如光纤设备的安装需要花费大量的时间和能力，在某些复杂地形中的安装难度系数很大。随着科学技术的迅速发展，人们已经可以在空气中进行激光通信，它具有传输效率高，传输方向稳定，易于架设，成本低，防窃听等优点，因而在民用和军事领域得到了广泛的应用。

一、大气激光通信的原理

激光通讯的载体以激光光束为主，能起到互相传递信息的功能。与传统的通信模式不同，激光通信可以被划分为无线激光通信和有线激光通信。

第一种方法，也就是所谓的大气激光通信，它的载体是由激光管与大功率二极管构成的，在一定距离内，两个不同的坐标之间，可以进行信息交换，也可以进行视频与语音通话。第二种是以光纤为传输介质，目前已具备了极高的传输速度。第一种是一种与无线通讯相似的技术，它由两个单独的激光通讯装置组成，可以实现全方位的通讯，同时还可以进行电路调试，并将天线发射出去。在发送部分，由仪器对信号进行调制，然后驱动激光，产生光波，这样就能使信号源通过一个光学天线，接收到从天线发射出来的光波。成功地接收是利用光学天线将光的信号集中起来，然后传送到光电探测器上，将光能转换成电能信号，再经过滤波和解调，就可以获得原来的信息数据。

二、大气激光通信的特点

激光的传播方向是稳定的，并且有很好的单色性，很高的频率，很高的亮度。采用激光光束作为传输载体的大气激光通信技术具有如下明显优势：

（一）频带宽，容量大

通信信号具有极高的传输效率和极高的通信带宽，其性能甚至超越了光纤通信，可达或超过10Gbit/s，能够满足消防救灾、军事和军事演练等领域对网络带宽的要求。

（二）尺寸小，使用便捷

与微波通信体系的天线相比，大气激光通信体系用于发送和接收的天线一般由光学透镜组成，它的设备比较简单，而且占用的空间也不大。以空气为载波，无需额外的导线。

（三）方向性好，保密性强

由于激光的指向性更强，所以即便是在真实世界中，激光也不会对目标造成太大的影响。如果对方想要拦截，那就必须将自己的信号锁定在一条狭窄的通道上，这条通道很窄，很难被人发现。

（四）不占频率资源，抗干扰强

大气激光通讯采用的是激光，不需要发射和接收电磁波，因此不存在强电磁干扰。相对于其它的无线通讯方式，它的优点非常显著，因为它不占据通讯频段，而且对强大的电磁波也没有太大的影响，目前还没有任何一个频段，可以影响到它的载波。

（五）安装便捷，经济实用

这种技术很容易操作，不需要安装软件，安装好后插入就可以使用，很方便，并且在购买后也不用额外支付租金，比较经济实用。

三、大气激光通信技术的应用

大气激光传输在世界各地都有应用，到现在为止，世界各地都有许多与之相关的大气激光传输系统。

（一）在民用领域的应用

1、用于GSM基站通信

目前，GSM基站间的通讯主要通过租用线路、微波系统等方式实现，但是由于受到带宽的制约，在实际应用中遇到了许多问题，比如如何在短时间内对系统进行扩容以满足日益增长的业务需求。该系统能在不影响正常服务的前提下，快速地实现GSM基站的架设，为GSM基站的通信工作提供了技术支撑。

2、用于校园网通信

在医院，学校，停车场等建筑中，采用大气激光通讯技术是一种很好的通讯方式。如果使用一般的电缆和光缆，还要经过城市道路的挖掘，不但造价高，而且程序复杂。但是，由于微波的使用，会对周围的环境和系统产生干扰，因此，要得到有关部门的许可是非常困难的。因此，采用大气光纤通信技术，可以很容易地解决这个问题，从而提高系统的通信能力。

3、用于宽带Internet骨干网通信

运营商把大部分的投资都投入到了骨干网的建设中，但是，随着业务的发展，接入骨干网的用户越来越多，这时候，是重新布线，还是放弃客户，就成了一个很大的问题。采用激光空气传输技术，可以有效地解决移动通信中的用户接入难题，推动移动通信业务的快速有效地开展。

4、用于灾后系统恢复

自然灾害（如洪水和地震）将破坏各种通信设备，大气激光通信技术是解决紧急情况下通信问题的有效手段。当移动控制中心、便携设备建立起一个临时通信系统的时候，它们之间需要建立一个有效的传输系统，而微波、无线电通信技术因为设备之间的距离比较近，所以很容易造成干扰。但是，大气激光通信技术可以在几个小时之内就完成，而且不会受到频率和带宽的限制，因此，它的应用优势非常明显。

（二）在军事领域的应用

1、用于指挥所通信

在军事作战中，因为指挥中心的不断移动，所以不能使用有线或光纤通信技术，而使用无线通信又很容易被敌人截获，所以对于距离较远的指挥中心，可以使用空气中的光束通信技术，这样即便是在部队迁移的情况下，也可以快速建立起与其它指挥中心的通信链接。另外，通过这种方法，可以将不同的通信协议进行叠加，从而可以很容易地完成不同类型的数据的高速、大容量传输。

2、用于恢复战场通信

由于战场上存在许多不确定因素，且局势变化迅速，要想取得胜利，就必须掌握整个战场的情报，这就需要各个战斗单元将情报及时上报给指挥部，而在此过程中，敌人可能会对通讯设备造成损坏，而通讯设备在短时间内无法恢复，将会造成严重的后果。在这种情况下，可以使用大气激光通讯技术来暂时代替，从而快速地恢复战场上的通信。

3、用于复杂地形通信

野外作战的时候，因为战场上的地形不确定，如果有河流或者峡谷，电缆和光缆的铺设就会受到阻碍，所以为了保证野外作战的安全和高效，就需要利用大气激光通信技术。另外，在许多险要的地形和边境线上，也有必要采用这种技术，以达到大容量和高效率的通信目的。

4、用于战斗单元协同通信

目前我国坦克、战舰和战斗机之间的协作通讯大多采用无线通讯，这种通讯方式很容易受到敌人强大的电磁干扰和窃听。另外，为满足作战需求，作战单位需要实现无线消声，采用空气激光通信是最好的解决方法，但这对APT系统提出了更高的要求，并需要保证发射天线和接收天线的准确定位。

目前，由于大气激光通信使用的激光束发散角度偏小，使得接收机很难对发送机进行精确定位，因此，亟待提高其编码和APT系统的高精度性能，从而推动其在军事上的应用。

结语：

由于大气激光通信技术的便利和灵活，在世界范围内的通信市场上，有着巨大的优势。但现在，还有一些问题需要解决，比如加密技术的可靠性，比如APT系统的精确度。可以预见，随着我国在这一领域的发展，我国在这一领域的应用将会越来越广泛。

参考文献：

[1]罗淋耀.大气激光通信技术与应用探析[J].科技传播,2019(2):2.

[2]黄思.大气激光通信技术与应用[J].农家参谋,2020(24).

[3]李宏伟,赵爱新.大气激光通信技术的特点与应用[J].科技咨询导报,2007.