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卫星激光通信终端的结构

5G服务70%的全球人口,但只覆盖了约20%的陆地面积、小于6%的地球表面积。而6G会整合地面和非地面网络,提供全球覆盖的网络连接,卫星互联网是其重要组成部分。星间通信技术可分为微波通信、太赫兹通信、激光通信,其优劣对比本文就不多赘述了。总之激光通信的优点有带宽大(因为激光通信频率高,可用于通信的带宽远大于射频),体积、质量、功耗小(因为激光通信的波长小,使得系统的发射机直径和光束发散度更小,从而使得激光通信的SWaP低于性能相似的射频系统),抗干扰能力强(因为波束宽度较窄,使得激光通信被截获的概率很低,难以被干扰)等。缺点包括对光束指向的要求、天气对信号的影响等。
那么星间激光通信终端结构是什么样?网上公开信息并不多,我拼凑了一下,也没有细化到直接探测和相干探测,主要帮助理解,虽然未必完全准确。
卫星激光通信终端的结构
卫星激光通信终端的结构
此图是德国DLR/Tesat的名为OSIRIS4CubeSat的激光终端的实物图和CAD图,开发的目的是为了在立方体卫星上实现激光通信。这个的尺寸是大概0.3U(95×95×30mm),质量<400g,功耗最大8.5W,速率是100M。
卫星激光通信终端的结构
这是日本一篇论文里的激光通信终端—小型光学转发器(SOTA)结构。质量5.9kg,功耗40W,速率10M。
卫星激光通信终端的结构
这是MIT和NASA发表的2U的TBIRD终端,吞吐量200G。
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然后是内部简化的光路图。
卫星激光通信终端的结构
图:光学星间链路简化图。光收发器负责将输入的电子信号转换为调制激光,并检测和解调接收到的光。激光通过光路传输到 telescope optics,然后发射到太空中。整个光学组件安装在万向架上,使其能够根据跟踪系统的信号进行指向和跟踪。快反镜(Fast Steering Mirror,FSM)可实现精确、高速的指向调整。
卫星激光通信终端的结构
卫星激光通信终端的结构
光通信链路需要高指向精度。光通信终端通常具有两级指向系统,即粗指向级和精指向级。光通信系统通常严重依赖航天器姿态确定和控制系统 (ADCS) 进行粗指向,并且可能使用第二个指向机制(例如万向架)作为粗指向的额外支撑。精指向通常通过在有效载荷中增加镜子来实现。
(内容来自网络公开信息)

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