机载激光通信系统发展现状与趋势

曾　飞，高世杰，伞晓刚，张　鑫

(1. 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033；

2.中国科学院大学，北京 100049)



机载激光通信系统发展现状与趋势

曾飞1,2*，高世杰1，伞晓刚1，张鑫1

(1. 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033；

2.中国科学院大学，北京 100049)

摘要：本文首先介绍了激光通信的突出地位和重大成果，说明机载激光通信技术的先进性和重要性。然后阐明了机载激光通信系统的工作原理，说明进行机载激光通信研究的可行性。接着简要叙述了机载激光通信系统的发展历史和国内外研究现状，重点对其性能指标和技术特点进行了分析。在此基础上，提出了机载激光通信的关键技术，并指出其应用前景和发展趋势。在不久的未来，机载激光通信将会成为信息化战争必不可少的通信手段。

关键词:激光通信；机载激光通信；激光技术；信息技术；光学设计

Development status and trend of airborne laser

communication terminals

1引言

自由空间激光通信在近年来受到国内外的广泛关注[1-3]。2006年，日本的低轨卫星OICETS与欧洲的静止轨道卫星ARTEMIS进行了50 Mbps的单向激光通信[4]。2008年，德国的TerraSAR-X卫星和美国的NFIRE卫星实现了5.625 Gbps的双向激光通信[5]。2013年，美国的月基激光通信终端LLST与地基激光通信终端LLGT进行了622 Mbps的超远距离通信[6]。

作为激光通信发展的一个重要方向，机载激光通信也同样受到了充分重视。美国的空军研究实验室(AFRL)从20世纪70年代开始就开始进行机载激光通信技术的研究[7]。经过多年的研究，AFRL证明了机载激光通信的可能性，并且研制了多个激光通信终端。此外，喷气推进实验室(JPL)[8]、林肯实验室[9]、德国宇航局(DLR)[10]、美国海军实验室(NRL)[11]也对机载激光通信技术进行了深入研究。

机载激光通信主要针对5~15 km高度的有人驾驶飞机，但是也朝着17~25 km高空平台发展，包括无人机、飞船和高空气球等[12]。这个高度处于平流层，大气湍流和衰减相对较弱，并且没有云层遮挡，因此可以利用高空平台作为星地激光通信的中继站。同时，平流层大气活动相对平静，覆盖范围广，非常适合于进行广域侦察与局域网通信。

相对于空间和地面平台，机载平台具有移动速度快、振动大、环境恶劣、大气影响严重等特点，并且对载荷有严格的尺寸、重量和功耗要求，因此，机载激光通信系统的研制具有较大难度[13]。随着人们对激光通信技术认识的逐渐深入，研制实用的机载平台激光通信系统已经成为一种趋势，对机载激光通信系统的需求也在逐渐提升。本文将简要介绍机载激光通信系统的组成结构，以几个典型的实例介绍其发展现状，归纳其关键技术，并指出其未来的发展方向。

2系统结构

机载激光通信系统一般由激光收发系统、跟踪瞄准系统、通信分系统等三部分组成。激光发射系统包括信号光和信标光发射系统；激光接收系统包括信号光接收和信标光接收系统；跟踪瞄准系统包括粗精跟踪探测单元和伺服系统。通信分系统包括信号编码、调制、解调和存储等单元。在三个分系统中，激光收发系统是系统的核心，如图1所示。

图1　典型激光通信系统组成Fig.1　Configuration of a typical laser communication system

在进行高速激光通信时，通常都采用直径小于100 μm的多模光纤接收通信光，因此激光通信系统的光学系统属于高精度的光学系统。为了使得尽可能多的激光能够会聚到探测器上，要求系统的像质接近衍射极限。同时，为了不让光斑漂移到光纤端面之外，通常要求跟踪的精度达到秒级。要在移动平台上实现激光通信，对于机载系统的跟踪性能提出了很高的要求。

机载激光通信系统一般有3种安装方式：吊舱安装[11]、机舱安装[7,9]和机身安装[10]。吊舱安装方式一般包括一个具有粗跟踪伺服的光电吊舱，可以隔离机身振动和完成粗跟踪功能。机舱安装方式中激光通信系统放置在机舱内部，通过机舱门、机舱开孔或光学窗口对外界进行通信。机身安装方式则将激光通信系统集成到飞机的前部或腹部，仅露出一小部分在飞机的外部。其中，机舱安装方式对于系统的环控要求较

低但是不利于集成，通常仅用于实验系统。机身安装方式通常难以隔离飞机本事的振动，降低了系统的跟踪精度。因此，大部分的机载激光通信研究都集中在吊舱安装方式，仅有小部分机构研究机身安装方式。

目前，高精度光电吊舱跟踪精度可以达到10″左右，通过快反进行精跟踪精度可以达到1″以内[13]。对于机载激光通信，这样的精度已经足够，因而目前国内已经初步具备进行机载激光通信研究的条件。但是，要完成机载激光通信的研究，还需要充分了解机载吊舱的环境及机载激光大气传输特性。目前，关于这方面的公开资料还比较少，因此有必要充分了解国内外激光通信方面的研究，借鉴其宝贵的经验。

3研究现状

激光通信具有高带宽、高增益、体积小、抗电磁干扰、不易被截获等特点，而机载平台则是扩展其应用空间的一个优良载体[14]。为此，美国从激光器发明就开始研究机载激光通信[15]，欧洲和日本在21世纪初也开始研究如何在飞机、无人机及空中平台上应用激光通信[16-17]。下面以几个有代表性的例子说明国内外机载激光通信系统的发展历程。

3.1　国外发展现状

3.1.1机载飞行试验系统(AFTS)

麦道(McDonnell Douglas)公司在1970年展示了1 Gbps的激光通信桌面试验系统，获得AFRL支持开始研制空间飞行测试系统(Spaceborne Flight Test System,SFTS)。后来由于支持资金大幅减少，空间系统变为了机载系统(Airborne Flight Test System，AFTS)。麦道公司在原方案基础上添加了遮光罩和跟踪相机等设备，并于1980年在白沙靶场搭载KC-135飞机进行了试验，第一次成功演示了机载对地激光通信系统[7]。

图2　AFTS光学系统结构图Fig.2　Configuration of AFTS optical system

如图2所示，AFTS系统主要包括了191 mm望远镜、粗精捕获与跟踪相机、跟踪光束控制镜、提前/对准光束控制镜以及光束发射系统。发射光束有3种发散角可选：5 μrad、100 μrad及1.5 mrad。下传波长532 nm，上传波长1 064 nm。整个系统放置在机舱内部，透过76.2 cm的光学窗口与地面站进行通信。光电组件通过支撑结构与机身进行被动隔震，并放置在一个独立的空间内进行温度和环境控制。AFTS系统经过了两轮试验，最终试验在1980年8月至12月间进行，观测方式为60 km斜程。通过对前一轮试验的改进，最终达到了开环跟踪精度±2°，闭环跟踪精度9~12 μrad。通过脉冲间隔调制(PIM)，实现了20 kbps信标通信，平均误码率<10-6。而在高速通信试验中，由于未考虑视线移动的原因，自动增益控制(AGC)带宽的设计值1 kHz低于实际值12 kHz。改进设计缺陷之后，20 km距离试验测量误码率在10-3到10-6之间。

3.1.2侦察/智能交互链路(RILC)

在20世纪90年代，弹道导弹防御组织(Ballistic Missile Defense Organization，BMDO)支持了多个项目研究空间激光通信系统。1994年9月，ThermoTrex公司研制出的地面端机，通过实验验证，具备150 km距离1.13 Gbps双向通信的能力。从1995年开始，AFRL开始支持ThermoTrex公司研发新一代机载激光通信系统RILC(Recce-Intel Cross Link)[18]。系统的目标是在12 km高空，实现距离50~500 km飞机间1 Gbps的双向激光通信。

RILC系统结构复杂，包含了粗精跟踪相机、可见监测相机、通信探测器、通信激光器、信标激光器、转塔伺服和快反。光学系统封装于47 cm球形转塔中，具有20 cm直径的光学窗口。通信光波长为810 nm，信标光波长为852 nm，通信光收发分离。系统工作温度范围为+55~-62 ℃，气压为1/3大气压。该系统使用了多项先进技术，包括带宽0.02 nm的原子线滤光片、左旋/右旋偏振复用、光机一体化设计等。

然而，由于管理及技术原因，RILC的研发遇到问题而陷入停滞，只是在2004~2005年之间进行了部分实验。RILC不具备吸引力的首要原因是它使用的是850 nm波段的激光，而这个波段的器件由于1 550 nm波段光纤通信的发展而变得难以获取。另一个原因是体积重量问题，RILC仅球形转塔就重达68 kg，于是在2005年该项目便终止了。

图3　RILC光学系统结构图Fig.3　Configuration of RILC optical system

3.1.3快速机载激光通信光学端机(FALCON)

为了避免像RILC一样出现器件过时的情况，从2003年AFRL开始了一个全新的项目ESTER(EO Sensor Technology & Evaluation Research)[19]。这个项目的目的是尽量利用商用技术和货架产品来研发机载激光通信端机。这个项目的端机被称为FALCON(Fast Airborne Laser Communications Optical Node)。该项目工作在1 550 nm波段，而工作方式则是在12 km高度和100 km距离以低于10-6误码率进行2.5 Gbps双工通信。

FALCON由ITT(现Exelis)公司负责研制，研发基于大视场接收。为了保证更多的能量进入探测器，采用100 μm的多模光纤作为接收光纤。它采用了自动增益控制来调节进入探测器的能量，将探测器的灵敏度提高到-42 dBm。使用两根光纤将信标光切换耦合进入粗精信标发射系统，信标光为10 W 1 470 nm人眼安全激光。信标光是调制的信号，可以屏蔽直流背景信号和不同频率信号的干扰。信号光位于1 545~1 555 nm波段，收发共用孔径，采用1 nm窄带滤光片和光学陷波器消除收发串扰。

图4　FALCON光学系统结构图Fig.4　Configuration of FALCON optical system

宽窄信标光的发散角分别为7 mrad和0.7 mrad，信号光的发散角为250 μrad。跟踪探测器采用视场角为7 mrad、直径为5 mm的四象限型PSD器件，灵敏度为1 nW。快反的调节范围为±5 mrad，精度为±30 μrad。2009年，该系统试验中最远保持通信距离达到132 km。该系统的成功表明，仅采用Tip/Tilt校正的系统就可以满足机载激光通信的要求。

3.1.4自由空间光学实验网络实验(FOENEX)

图5　FOENEX通信系统结构图Fig.5　Configuration of FOENEX laser communication system

作为一个新兴企业，AOptix公司第一个将自适应光学(Adaptive Optics，AO)引入激光通信。由于提高了光斑的能量集中度，系统的跟踪精度和通信速率都得到明显提升。2006年5月，AOptix演示了从1 km高的飞艇上用波分复用(WDM)技术向地面发送80 Gbps数据。2006年9月，AOptix又在夏威夷进行了147 km激光通信试验，成功进行了2.5/10/40 Gbps多项试验。由于这两次试验的成功，促成了自由空间光学实验网络实验(Free space Optical Experimental Network Experiment，FOENEX)项目的开展[20]。该项目的目标是：使用口径10 cm带AO的系统，以10 Gbps的速率进行50 km空-地和200 km空-空激光通信组网实验研究。FOENEX项目由AOptix公司和约翰-霍普金斯大学应用物理实验室(JHU APL)共同研发，AOptix公司负责光学端机的研制，JHU APL负责通信系统的研制。通过2008年7月的IRONT2和2009年的ORCA试验，FOENEX项目在各方面对系统的通信性能进行了优化。AOptix的R3.1 AO系统能以1 kHz的速率进行闭环波前校正，通信系统引入自动功率控制(OAGC)、前向误码纠正(FEC)、重传、回放和重路由等方法保证通信质量。通过强强联合的方式，FOENEX系统具有非常优异的性能，然而其通信仍然存在许多问题。2012年，在中国湖的最终试验中，该系统在空-地和空-空通信中均表现出时断时续的不稳定性。

FOENEX项目证明AO可以校正锐利距离以内的像差，包括气动光学效应和大气湍流造成的像差。同时证明了发射系统使用AO可以提高对方接收到的光功率，而接收系统使用AO可以提高光斑的斯特列尔比(Strehl Ratio，SR)。在快速移动的平台上使用AO，比在稳定的地面上使用需要更高的校正带宽和更高阶的像差校正。

3.1.5自由空间实验激光终端(FELT)

欧空局从2003年开始进行CAPANINA(Communications from Aerial Platform Networks delivering Broadband Communications for All)实验，旨在通过高空平台为60 km之内的用户提供高达120 Mbps的无线通信速率。2005年8月30日，在气球实验中，第一次从高度20 km的平流层向距离64.3 km的地面成功发送1.25 Gbps的数据，误码率低于10-9。

CAPNINA实验使用的终端称为FELT (Free-Space Experimental Laser Terminal)，它是一个单工工作(下传)的通信链路[21]。如图5所示，FELT的光学系统包含一个口径为22 mm、焦距为75 mm、视场角为4°的跟踪相机以及3个小口径的激光发射系统(双信标冗余设计)。收发在空间上是分离的，但是共用一个通光口径50 mm的跟踪结构。由于高空气球受到气流影响旋转速度高达54°/s，普通的转塔和万向节无法满足高速旋转的要求，因而使用了两轴潜望镜跟踪机构。潜望镜转速240 °/s，分辨率8.72 μrad，两轴均无旋转角度限制。系统使用三明治结构碳纤维腔体进行被动隔热，当腔体外部温度为-65 ℃时，大多数内部元件温度仍然保持在20~30 ℃。由于碳纤维的使用，整机质量仅为17.5 kg，功耗小于75 W。

图6　FELT光学系统结构图Fig.6　Configuration of FELT optical system

利用FELT的改进型MLT(Micro Laser Terminal)，德国宇航局(DLR)的研究人员进行了两次机载试验。2008年11月，在第一次低速试验(100 m/s)中，仅使用粗跟踪就成功达到了40 km通信和85 km跟踪。光路总直径为30 mm，跟踪视场为52 mrad，平均跟踪误差为226 μrad。MLT激光的发散角达到2 mrad，因而可以保证进行稳定通信。2013年11月，在快速(0.7马赫)机载试验中，加入了精跟踪光路进行了1.25 Gbps对地通信，跟踪距离达到79 km，通信距离达到50 km。

3.1.6海军试验室微型双模光学询问器(μDMOI)

1998年，海军实验室(NRL)开始进行调制反射镜(Modulating retro-reflectors，MRR)技术的研究。利用量子阱调制器制作的猫眼型MRR，NRL实现了7 km距离、45 Mbps的单向通信。由于MRR具有大视场并且不需要激光器，具有质量轻体积小的优势，十分适合于短距离低成本通信。

与MRR配合工作的是NovSol公司生产的双模光学询问器(Dual Mode Optical Interrogator，DMOI)，但DMOI本身不具备装载在无人机上的条件。因此NRL从2012年开始论证微型激光通信模块，并将其命名为μDMOI[22]。该系统以Cloud Cap技术生产的TASE300平台为载体，该平台的体积和质量小，十分适合于进行无人机使用。

机载μDMOI可以与地面DMOI进行25 km、155 Mbps的通信，还可以与MRR进行1 km、2 Mbps的通信。μDMOI发射口径为1.27 cm，使用0.5 W、1 550 nm激光，发散角为1.5 mrad。接收口径为5.08 cm，使用9∶1分光棱镜将接收光分给APD和PSD器件。由于发射和接收视场都较大，只使用粗跟踪就可以进行通信。这种简单实用的设计，适合于在中短距离低速通信使用。

图7　μDMOI接收系统结构图Fig.7　Configuration of μDMOI receiver system

3.2　国内发展现状

国内进行激光通信研究的单位主要有哈尔滨工业大学、长春理工大学、武汉大学、中电34所、上海光机所等[23]。其中哈尔滨工业大学主要研究空间激光通信，长春理工大学侧重于机载激光通信，武汉大学和中电34所研究地面激光通信，而上海光机所则研究水下激光通信。长春理工大学在2011年完成了两直升机17.5 km、1.5 Gbps的通信；2013年完成了两运12飞机144 km 2.5 Gbps通信。其它单位未见有机载激光通信的实验报道[24]。因此，目前国内机载激光通信的研究和应用仍然具有较大的发展空间。

4关键技术研究

通过机载激光通信系统的发展历史可以看出，机载激光通信系统的研制历程十分漫长，但是其性能尚不能完全满足实用要求。这主要是由大气信道和飞机环境的复杂性决定的[13]。大气信道具有随机性，它对激光的干扰成为制约远距离大气激光通信的瓶颈。对于机载激光通信，还面临着飞机振动、温度变化、气压变化，以及飞行中的气动光学效应[25]。为了解决上述问题，需要针对性的研究以下关键技术：

4.1　激光大气传输效应研究

大气信道对激光有严重的干扰作用，主要表现在造成激光光强随机起伏、相位随机变化和光斑质心漂移。针对光强随机起伏，使用快速光学/电学自动增益控制是提高系统误码性能的有效方法。针对波前相位的随机变化，可以使用自适应光学进行校正。针对光斑质心漂移，可以使用大视场接收和快反校正两种方法。然而，航空平台的大气信道特性和地面具有很大的差别。特别是飞机飞行中大气动态特性，与地面的静止状态有着显著的差别，大气湍流变化频率和幅度均有较大提高。虽然对地面大气信道特性的研究已经非常完善，但是对机载大气信道特性的研究却很少报道，在机载平台上应用上述校正方法也存在困难。因此，要在机载激光通信系统中克服大气传输效应，仍然需要大量研究和实践。

4.2　精确定位和跟踪技术研究

机载平台具有机动性强和覆盖范围广的特点，但是在动平台上实现稳定跟踪十分具有挑战性。飞机的速度较快，要在较短的时间内进行捕获，对跟踪系统的要求较高。精确跟踪不但受到飞机振动的影响，还会受到背景杂光和大气湍流的影响。背景杂光会造成假目标，造成目标获取失败或跟踪失败。大气湍流引起的相位变化，会使信标光光斑形状随机变化，从而影响跟踪精度。大气湍流造成信标光闪烁和漂移，会造成跟踪的不连续和不稳定。对于高马赫数的飞机，还需要考虑气动光学效应对于跟踪的影响。对大气湍流特性的研究有助于解决与大气有关的跟踪问题，快反镜的应用有助于提高机载平台的跟踪精度，而大气背景杂光则可以通过超窄带滤光片减弱或消除。充分研究大气及平台特性，提出具有较强针对性和适应性的跟踪方案，可以保证在高速机动平台上获得稳定而可靠的跟踪。

4.3　环境适应性和可靠性研究

机载激光通信系统要保持高精度跟踪，需要高度稳定的光学系统。由于飞机飞行的过程中温度压力变化较大，并且长时间受到振动的影响，需要考虑光学系统及其组件的环境适应性及使用寿命。在低温、低气压、高风速和气动效应的复杂环境下，系统要保持高精度十分困难。目前对于机载激光通信系统光学特性的研究比较少，大多数技术文章只对飞行试验的结果进行简单叙述而很少对其进行深入分析。由于缺乏系统有效的研究手段，飞行条件下获取试验数据和进行数据分析相对困难，因此克服高空飞行环境的影响仍然面临着许多难题。在具体的研究过程中，要将重点放在恶劣环境对系统光学特性的影响上，开发出适合机载平台的高可靠性的光学系统[26]。

4.4　系统集成设计和轻小型化研究

激光通信系统组成复杂，系统功能组件较多。光学、跟踪和通信等分系统的集成设计，不但有助于降低系统的体积重量，也有利于降低系统的成本，推动机载激光通信系统的工程化应用。在机载系统向无人机、高空平台及卫星平台发展的过程中，面临着体积、重量和功耗的苛刻限制。为了满足使用条件，可以选择性的降低某些系统指标甚至省去某些系统功能。例如，在VSOTA项目中，星载通信系统仅仅包含发射激光器而靠卫星的控制完成定位和跟踪[27]。在空-地系统设计的过程中，可以提高地面设备的探测能力，从而降低对机载设备的要求。这种不对称的设计可以极大的降低机载系统的体积重量，从而满足机载平台的使用要求。当系统功能完善以后，可以进行光机电一体化设计，进一步降低系统的体积重量。

4.5　面向新型应用的总体技术研究

随着无人机、高空平台等新应用领域的发展，传统的机载激光通信系统面临着机遇和挑战。新的平台意味着激光通信技术有了更大的发展空间，但是也需要做出改进以适应新平台。机载激光通信是一种多学科融合的技术，新技术不断突破推动着机载激光通信不断向前发展。随着社会发展对于信息需求的不断发展，机载激光通信将会获得更多的关注和重视，逐渐进入更多的领域。因此准确把握机载激光通信的发展方向，掌握应用机载激光通信的总体技术，将光学、通信和跟踪技术有效地结合到一起，选择性的应用一些新技术和新方法，将会成为机载激光通信未来发展的有效手段。

5结束语

本文介绍了机载激光通信系统的基本原理，综合国内外机载激光通信的发展情况，阐述了机载激光通信系统的关键技术。虽然国外机载激光通信发展了40多年，完成了一些端机及系统试验，但是距实用还有一定距离。而国内的机载激光通信由于发展时间短，在系统指标和单元技术方面都与国外存在较大差距，要赶上国外水平还有许多工作要做。可以针对各项关键技术展开攻关，逐步开发具有竞争力的实用系统。

随着机载激光通信系统研究的逐步深入，未来的应用前景将会不断扩展。机载激光通信正在从军事应用(如区域监视、战场侦察和态势感知)向民用领域(如空中组网、星地中继和局域网通信)等方向发展。机载平台也出现多样化，向无人机、高空气球、临近空间飞行器等方向发展。机载通信的场景从空-地、空-空向空-海、空-天扩展[28]。为了适应新的使用条件和未来激光组网的要求，机载激光通信系统将会向小型化、集成化、多元化发展。在未来的信息化战争中，机载激光通信将会成为必不可少的通信手段。

参考文献：

[1]BJORN G, ROLF M, SABINE P,etal.. German roadmap on optical communication in space[C]. Proc. International Conference on Space Optical Systems and Applications(ICSOS),Kobe,Japan,May 7-9 2014:S3-4.

[2]DONALD M C. NASA′S optical communications program for 2015 and beyond[J].SPIE,2015,9354:93540E.

[3]MORIO T. Trends in laser communications in space[J].SpaceJapanReview,2011,11(70):1-6.

[4]TAKASHI J,YOSHIHISA T,KOICHI S,etal.. Overview of the inter-orbit and orbit-to-ground laser communication demonstration by OICETS[J].SPIE,2007,6457:645702.

[5]BERRY S,HARTMUT K,GERD M,etal.. 5.6 Gbps optical intersatellite communication link[J].SPIE,2009,7199:719906.

[6]DON M B,BRYAN S R,DANIEL V M,etal.. Overview and results of the lunar laser communication demonstration[J].SPIE,2014,8971:89710S.

[7]JOHN A M,DAVID B. Airborne laser communications:past, present and future[J].SPIE,2005,5892:58920A.

[8]ABHIJIT B,MALCOLM W,BABAK S,etal.. 45 km horizontal path optical link demonstrations[J].SPIE,2001,4272:60-71.

[9]FREDERICK G W,GEORGE A N,STEVEN M,etal.. Air-to-ground lasercom system demonstration[C]. The 2010 Military Communications Conference(MILCOM),San Jose,California,USA,Oct 31-Nov 3 2010:1594-1600.

[10]DIRK G. Lasercomm activities at the German Aerospace Center's Institute of Communications and Navigation[C]. Proc. International Conference on Space Optical Systems and Applications(ICSOS),Ajaccio,Corsica,France,Oct 9-11 2012:4-1.

[11]PETER G G,WILLIAM S R,RITA M,etal.. Modulating retro-reflector lasercom systems at the naval research laboratory[C]. The 2010 Military Communications Conference(MILCOM),San Jose,California,USA,Oct 31-Nov 3 2010:2302-2307.

[12]FRANZ F,MARKUS K,JOACHIM H,etal.. Optical communications for high-altitude platforms[J].IEEEJ.SelectedTopicsinQuantumElectronics,2010,16(5):1058-1070.

[13]姜会林,刘志刚,佟首峰,等.机载激光通信环境适应性及关键技术分析[J].红外与激光工程,2007,36增刊:299-302.

JIANG H L,LIU Z G,TONG SH F,etal.. Analysis for the environmental adaptation and key technologies of airborne laser communication system[J].InfraredandLaserEngineering,2007,36 Supplement:299-302.(in Chinese)

[13]吴从均,颜昌翔,高志良.空间激光通信发展概述[J].中国光学,2013,6(5):670-680.

WU C J,YAN C X,GAO ZH L. Overview of space laser communications[J].ChineseOptics,2013,6(5):670-680.(in Chinese)

[14]MONTE R. The history of space laser communications[J].SPIE,1988,885:2-9.

[15]JOACHIM H,CHRISTIAN F. Aircraft to ground unidirectional laser-comm. terminal for high resolution sensors[J].SPIE,2009:719909.

[16]YOSHIAKI. S,YOICHI. K,YOHEI H,etal.. Optical free space communication system for 40 Gbps data downlink from satellite/airplane[C],29thAIAA International Communication Satellite Systems Conference(ICSSC),Nara,Japan,Nov 28-Dec 1 2011:8011.

[17]LARRY B S,BRIAN S,GARY L. Free space optical communications: coming of age[J].SPIE,2008,6951:69510W.

[18]MICHAEL E G,DONALD S F,JERAMIAH Z,etal.. Airborne laser communication terminal for intelligence, surveillance and reconnaissance[J].SPIE,2004,5550:92-103.

[19]JUAN C J,DAVID W Y,RADHA A V,etal.. Analysis of link performance for the FOENEX laser communications system[J].SPIE,2012,8380:838007.

[20]JOACHIM H,MARKUS K,BERNHARD E,etal.. Broadband backhaul communication for stratospheric platforms:the stratospheric optical payload experiment(STROPEX)[J].SPIE,2006,6304:63041N.

[21]MICHAEL J V,HARRIS R. B,CHRISTOPHER I M,etal.. Miniature lasercomm module for integration into a small, unmanned, aerial platform[J].SPIE,2012,8380:838003.

[22]付强,姜会林,王晓曼,等.空间激光通信研究现状及发展趋势[J].中国光学,2012,5(3):117-125.

FU Q,JIANG H L,WANG X M,etal.. Research status and development trend of space laser communication[J].ChineseOptics,2012,5(3):117-125.(in Chinese)

[23]姜会林,安岩,张雅琳,等.空间激光通信现状、发展趋势及关键技术分析[J].飞行器测控学报,2015,34(3):207-217.

JIANG H L,AN Y,ZHANG Y L,etal.. Analysis of the status quo, development trend and key technologies of space laser communication[J].J.SpacecraftTT&CTechnology,2015,34(3):207-217.(in Chinese)

[24]孟立新,赵丁选,张立中,等.机载激光通信中气动光学的影响及补偿[J].光学 精密工程,2014,22(12):3231-3238.

MENG L X,ZHAO D X,ZHANG L ZH,etal.. Boundary layer effect and compensation in airborne laser communication[J].Opt.PrecisionEng.,2014,22(12):3231-3238.(in Chinese)

[25]林旭东,薛陈,刘欣悦,等.自适应光学波前校正器技术发展现状[J].中国光学,2012,5(4):337-351.

LIN X D,XUE C,LIU X Y,etal.. Current status and research development of wavefront correctors for adaptive optics[J].ChineseOptics,2012,5(4):337-351.(in Chinese)

[26]TOSHIHIRO K,HIROO K,HIDEKI T,etal.. Optical communication experiment using very small optical trAnsponder component on a small satellite RISESAT[C]. Proc. International Conference on Space Optical Systems and Applications(ICSOS),Ajaccio,Corsica,France,Oct 9-11,2012:11-4.

[27]WOLFGANG G,MARK G,FRANK H,etal.. High speed laser communications in UAV scenarios[J].SPIE,2011,8020:80200B.

曾飞( 1983—) ，男，湖北孝感人，硕士，助理研究员，2007年于华中科技大学获得学士学位，2010年于清华大学获得硕士学位，主要从事成像和非成像光学设计方面的研究。E-mail:zengfei_008@163.com

Supported by National Natural Science Foundation of China(No.61271315，No.61171078)

ZENG Fei1,2*, GAO Shi-Jie1, SAN Xiao-Gang1, ZHANG Xin1

( 1.ChangchunInstituteofOptics,FineMechanicsandPhysics,

ChineseAcademyofSciences,Changchun130033,China;

2.UniversityofChineseAcademyofSciences,Beijing100049,China)

*Correspondingauthor,E-mail:zengfei_008@163.com

Abstract:In this paper, the significant results and important role of laser communication is introduced firstly, and the advantage and importance of airborne laser communication are explained. Then, the principle of airborne laser communication is presented, and the possibility of research on airborne laser communication is clarified. Following this, the development history and research status of airborne laser communication are discussed, and the performance and technology specifications are focused on. Based on the discussion, the enabling technology of airborne laser communication are analyzed, and its application prospect and developing trend are pointed out. In the near future, airborne laser communication will be an essential communication method for information warfare.

Key words:laser communication;airborne laser communication;laser technology;information technology;optical design

作者简介：

中图分类号：TN929.12

文献标识码:A

doi:10.3788/CO.20160901.0065

文章编号2095-1531(2016)01-0065-09 2095-1531(2016)01-0074-07

基金项目：国家自然科学基金资助项目(No.11403064) 国家自然科学基金资助项目(No.61271315，No.61171078)

收稿日期:2015-09-11； 2015-09-11；

修订日期:2015-11-13 2015-11-13

Supported by National Natural Science Foundation of China(No.11403064)