自由空间激光通信策略下的电力系统应急通信

简燕红　董璇

摘 要

电力装置通信中断情况下，为实现快速恢复通信和电力装置抢修等目的，本文结合实际业务需求，针对自由空间激光电力系统应急通信模块，对其具体构成、技术优点、电力系统应急通信模块传送带宽、装置构成、传送链路余量、传送链路衰减以及波长选取等进行综合分析，证明自由空间激光通信在电力装置应急通信的实际应用价值。

【关键词】电力装置 自由空间 激光 应急通信 链路衰减

1 引言

某电力企业为实现自然灾害条件下的抗灾抢险需要，构建了一整套应急通信指挥平台，为在灾害状况下完成光纤链路抢险，构建指挥中心以及当场的可视化指挥通信提供了一种不被信息协议所制约的自由空间激光通信装置作为应急传送方案。

2 自由空间激光通信装置构成

自由空间激光通信装置主要包含供电子模块，光发射子平台，光接收子平台，恒温除霜子平台以及智能化追踪子平台构建。如图1所示。

基于自由空间激光通信策略的特点，能够充分发挥装置的技术优点并且加以应对。

2.1 传送链路的余量

和微波类似，光线在空气中进行传输也会削减，但两个部分的衰减特点却存在差别。光被天气的作用相对于微波而言要强烈，例如雨，雪，雾和空气中的粉尘均對光形成很大的作用。为保证自由空间激光通信装置能够正常运转，则在该系统进行筹备之初需要完成链路部分的预计和测算，保障自由空间激光通信装置具有很大的链路储备，并且减少天气变换对自由空间激光通信装置带来的作用。

针对自由空间激光通信链路进行预测和计算时，首要考量链路部分的几何缺失。几何缺失部分的测算主要依据以下标准：自由空间激光通信装置能够获取的光纤的能量和散发角度以及传输长度之间形成反比例关联，并且和接收镜的孔径之间呈正相关。主要包含以下几个量的测算：

（1）装置固有损耗为透镜损耗，滤波装置损耗以及装置内部几何损耗的整体。其形成原因在于由于穿过透镜之后汇聚的光线不能够完全进入到激光探测装置中，因而该损耗和激光探测装置之间的面积相关。

（2）光斑部分，接收部分的一端的光斑部分和发射子模块的发散角度之间的大小为正比例，并且完成光斑面积测算。

发散角度越小，光斑的面积就越小，光的能量则越基准，因而发散角度成为判断自由空间激光通信装置的重要参数。在具备四组发射子平台的光斑模型中，阴影部分为光线重合模块，即光强最优区域。但发散角度也不是越小越优。在整个电力系统应急通信运转之时，基于建筑体受到的热载部分不均匀以及风速状况。所装设的自由空间激光通信装置发生微小的移动，若发散角度太小，则自由空间激光通信装置则发生摆动，移除光斑覆盖区间，并且形成装置的瞬断状态。

2.2 传送链路衰减

自由空间激光通信应急装置的实际运用中除去几何能耗之外，链路上的雨，雪以及雾和闪电等部分均会产生光能量损耗，因而完成自由空间激光通信应急装置设计，需要考量该因素的能耗。

闪光带来的损耗主要是基于光线的照射，使得地面空气被升温使得上升气流带来气团移动；而雨，雪，雾带来的衰减则是由于光线被雨水作用之后带来光纤的折射，使得激光被遮挡在接受装置之外，形成通信中断。

2.3 波长选取

当前市面上的自由空间激光通信应急装置主要选取光波长在785-885纳米和1650纳米两类，和光纤传播状况存在差别的是，885纳米和1650纳米的激光在大气之中的衰减特点基本类似。因而在自由空间激光通信应急装置中，大气中的光纤衰减和波长关联，譬如气体分子产生的瑞利散射作用，形成光衰减的主要作用因子是雾气带来的共振散射。

2.4 本章总结

本章主要给出自由空间激光通信装置构成，包含传送链路的余量部分，传送链路衰减部分以及波长选取部分。

3 自由空间激光通信应急装置验证

3.1 实验设定

在自由空间激光通信应急装置中，最主要可以在最优区间内构建无线通信信道，并且需要信道持续可靠并且不被扰动，因而基于光衰减带来的瞬断，带宽并不作为主要衡量指标。为保障自由空间激光通信应急装置在应急通信应用的可行性，因而本文构建了一个单独的通信应急指挥体系。

3.2 自由空间激光通信应急装置构成

整个自由空间激光通信应急装置主要包含FSO装置，SDH光纤传送装置以及可视化指挥通信平台几个模块。其中，当SDH装置的光纤衔接断开时，选取FSO装置用作中继部分，完成现有的SDH模块承载联通，并且复原信息录入部分，并在业务层级选取高清化的视频指挥体系完成自由空间激光通信应急装置传送容量和信息的可靠性校验。

3.3 自由空间激光通信应急装置验证

在自由空间激光通信应急装置验证中，本文综合当地气候特征，在雨季实验过程，在装置之间增加两毫米的透明玻璃完成传送，并且完成泼水方案拟合雨水状态。测算时，整个通信应急系统终止了15秒，停止大雨校验时，通信立刻恢复。因而在雨雪状态下，需要选取有效方案预防雨水滴落在FSO装置上。此外，自由空间激光通信应急装置在1千米内状况较好，晴天能够延伸到3千米左右。

整个校验实验中，通信应急装置选取适应性较强的885纳米FSO装置，该装置包含25mW的激光装置和冗余防护程度优秀的APD探测装置。研究表明，通信应急装置选取激光方式，指向效能好，并且能够达到四千米区间内完成165Mb/s信息有效传送，并不被磁场扰动，不产生电磁辐射。

3.4 本章总结

本章主要实现自由空间激光通信应急装置验证，首先完成实验设定，进而给出自由空间激光通信应急装置构成，并分析了通信应急装置验证。

4 本文总结

FSO自由空间激光通信装置作为军事向民事转换的先进通信策略，自由空间激光策略在应急通信平台设计中备受重视。本文首先给出自由空间激光通信装置构成，包含传送链路的余量部分，传送链路衰减部分以及波长选取部分。进而实现自由空间激光通信应急装置验证，首先完成实验设定，进而给出自由空间激光通信应急装置构成，并分析了通信应急装置验证。

参考文献

[1]柯熙政，张雅.FSO系统中部分相干阵列光束的传输特性研究[J].激光与光电子学进展，2016，6（02）：35-41.

[2]杨宇飞，颜昌翔，胡春晖，等.相干激光通信光学系统偏振像差研究[J].光学学报，2016，8（02）：35-51.

作者单位

1.国网厦门供电公司 福建省厦门市 361000

2.南瑞集团公司 江苏省南京市 211000