我國(guó)超百G星地激光通信業(yè)務(wù)化應(yīng)用實(shí)驗(yàn)取得成功

　　【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，中國(guó)科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院(空天院)成功開(kāi)展超百G星地激光通信業(yè)務(wù)化應(yīng)用實(shí)驗(yàn)，通信速率達(dá)到120吉比特每秒(Gbps)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，通信鏈路穩(wěn)定、下傳數(shù)據(jù)質(zhì)量?jī)?yōu)良，這是該團(tuán)隊(duì)繼2023年10Gbps、2025年60Gbps之后取得的又一重大突破，標(biāo)志著我國(guó)星地激光通信業(yè)務(wù)化應(yīng)用能力邁上一個(gè)新臺(tái)階。
 

　　本次實(shí)驗(yàn)利用空天院塔縣激光地面站自主研制500mm口徑星地激光通信系統(tǒng)與中科衛(wèi)星AIRSAT-02衛(wèi)星，在衛(wèi)星硬件沒(méi)有任何變化的情況下，通過(guò)衛(wèi)星在軌軟件重構(gòu)，充分挖掘利用激光通信載荷的硬件潛能，將衛(wèi)星激光通信載荷的能力從60Gbps提升至120Gbps。這不僅刷新了國(guó)內(nèi)星地激光通信傳輸速率紀(jì)錄，而且解決了超高速星地激光通信鏈路難以快速建立、長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定維持和高效可靠傳輸?shù)碾y題。實(shí)驗(yàn)期間，星地之間成功實(shí)現(xiàn)了秒級(jí)捕獲建鏈，建鏈成功率超過(guò)93%，最大連續(xù)通信時(shí)長(zhǎng)108秒，獲取數(shù)據(jù)量達(dá)到12.656Tb，并成功處理出高質(zhì)量遙感影像。
 

　　團(tuán)隊(duì)技術(shù)負(fù)責(zé)人、空天院高級(jí)工程師李亞林介紹，星地激光通信已成為實(shí)現(xiàn)海量數(shù)據(jù)星地超高速傳輸?shù)淖顑?yōu)解決方案。但受衛(wèi)星平臺(tái)微振動(dòng)、大氣湍流擾動(dòng)等多重復(fù)雜因素影響，該技術(shù)的應(yīng)用效能面臨諸多關(guān)鍵挑戰(zhàn)，包括高頻實(shí)時(shí)校正精度不足、超高速信號(hào)處理能力有限、非穩(wěn)態(tài)大氣信道高效傳輸難度大等問(wèn)題。“若將星地激光通信比作在湍急的河流上架橋，10Gbps傳輸相當(dāng)于鋪設(shè)單車(chē)道橋梁，結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單；而120Gbps傳輸則相當(dāng)于建設(shè)多車(chē)道高速大橋，不僅要求架設(shè)速度快以實(shí)現(xiàn)快速連接，更要在多車(chē)道并行下保障極高的通行效率，其工程實(shí)現(xiàn)難度呈幾何級(jí)增長(zhǎng)。”李亞林解釋。對(duì)此，團(tuán)隊(duì)聚力開(kāi)展技術(shù)攻關(guān)，歷經(jīng)多輪技術(shù)研究、反復(fù)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證與持續(xù)迭代優(yōu)化，成功突破一系列核心技術(shù)瓶頸。
 

　　一是讓信號(hào)“收得穩(wěn)”：通過(guò)優(yōu)化強(qiáng)實(shí)時(shí)光學(xué)畸變校正算法，精準(zhǔn)抑制大氣湍流引起的高頻擾動(dòng)，確保了微弱激光信號(hào)的穩(wěn)定跟蹤與高效耦合。二是讓信號(hào)“收得對(duì)”：深度應(yīng)用信號(hào)損傷補(bǔ)償技術(shù)，在數(shù)字域精準(zhǔn)消除高速率信號(hào)的非線性畸變，同時(shí)通過(guò)抗大氣湍流高效率激光通信空口協(xié)議，確保了數(shù)據(jù)的低誤碼率。三是讓信號(hào)“收得快”：改進(jìn)非穩(wěn)態(tài)大氣信道自適應(yīng)傳輸控制策略，有效解決了快衰落信道下的數(shù)據(jù)吞吐瓶頸，最大化利用信道容量，保障了超高速率傳輸效率。通過(guò)一系列關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)與突破，鏈路穩(wěn)定性和通信可用度得以大幅提升，確保了120Gbps星地激光通信實(shí)驗(yàn)的順利實(shí)施與圓滿成功。
 

　　參與本次實(shí)驗(yàn)的空天院塔縣激光地面站是我國(guó)首個(gè)業(yè)務(wù)化運(yùn)行的星地激光通信地面站，自2024年9月建成以來(lái)已承擔(dān)多項(xiàng)業(yè)務(wù)化運(yùn)行任務(wù)，通信速率與傳輸效率持續(xù)提升。實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星AIRSAT-02由中科衛(wèi)星科技集團(tuán)有限公司負(fù)責(zé)研制，北京融為科技有限公司則負(fù)責(zé)該衛(wèi)星的星地激光通信終端設(shè)計(jì)與研制。該衛(wèi)星于2024年9月成功發(fā)射，2025年1月與塔縣激光地面站成功完成了60Gbps星地激光通信實(shí)驗(yàn)，此后與空天院共同開(kāi)展了一系列的衛(wèi)星在軌軟件重構(gòu)、星地激光通信實(shí)驗(yàn)以及業(yè)務(wù)化運(yùn)行驗(yàn)證工作。
 

　　空天院所屬中國(guó)遙感衛(wèi)星地面站主任、正高級(jí)工程師黃鵬介紹，傳統(tǒng)微波通信目前仍是星地通信領(lǐng)域的主流技術(shù)，具有成熟穩(wěn)定、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)的顯著優(yōu)勢(shì)。但隨著海量空天數(shù)據(jù)的高速回傳需求快速增長(zhǎng)，微波通信頻譜資源對(duì)星地傳輸帶寬的限制問(wèn)題日益凸顯，發(fā)展星地激光通信技術(shù)是突破當(dāng)前星地通信速率瓶頸的必然選擇。黃鵬表示，持續(xù)的業(yè)務(wù)化運(yùn)行驗(yàn)證表明，星地激光通信已具備承載未來(lái)海量空間數(shù)據(jù)下傳所需的核心技術(shù)條件和能力。隨著激光通信地面站網(wǎng)布局的完善、技術(shù)指標(biāo)的迭代升級(jí)，星地激光通信將有望徹底突破星地通信速率瓶頸，成為銜接天基信息網(wǎng)絡(luò)和地面光纖網(wǎng)絡(luò)的骨干樞紐，助力構(gòu)建天地一體化融合的空間信息網(wǎng)絡(luò)體系。