激光如何抢占通信领域的先机？

出 品：科普中国

作 者：兰顺正

策 划：宋雅娟 涂子怡

监 制：光明网科普事业部

近日，在佛罗里达州卡纳维拉尔角肯尼迪航天中心，通用原子电磁系统公司与美国国防部太空发展局利用SpaceX公司“猎鹰9号”商业火箭将激光互联网络通信系统（LINCS）卫星发射到指定轨道。

独树一帜的激光通信

激光作为一种新型光源，具有亮度高、方向性强、单色性好、相干性强等特征，激光通信则是利用激光来作为信息的载体。与传统的无线电通信相比，卫星激光通信具有许多独到之处：

首先激光载波频率具有数百 THz量级，比载波频率在几 GHz 到几十 GHz 范围内的传统无线电通信高 3~5 个数量级，可携带更多信息，通信速率更高。其次激光发散角小，束宽极窄且指向性好，在空间中不易被捕获。在进行激光通信时，设备必须位于狭窄的光束之内，才能接收到较为清晰的信号，因此可以利用激光进行两点之间的高度保密通信，也可以建立防拦截激光通信网络，进行多点保密通信，通信过程中不易受外界干扰，拥有更好的安全性和可靠性。同时激光波长比无线电波长小 3~5 个数量级，激光通信系统所需的收发光学天线、发射与接收部件等器件与无线电所需器件相比，尺寸小、重量轻，可满足小型化、轻量化、低功耗的要求。

激光通信是未来通信技术发展的重要方向之一

虽然激光通信也存在着一定的局限性。如与微波通信相比，激光通信的成本较高；激光在大气传输的过程中，会被雪雾和雨水大大衰减而影响通信的质量；且激光束极高的方向性也导致对设备的稳定性和精度提出很高的要求。但是总体来说，激光通信必将在军事领域以及未来空间高速数据传输方面得到广泛的应用，这已经成为国际上的共识及趋势。此前美国太空发展局局长德里克·图尔尼尔就曾说过，激光通信可以带来“高带宽、低延时、信号干扰概率低的通信网络，适用于任何平台，无论是在水面上，船上，还是在空中”。

“大国竞争”的助力

其实美国等国家在很早之前就已经率先开展卫星激光通信技术研究，如在 1968 年美国 NASA 戈达德太空飞行中心的科研人员就曾将一束激光从地面站发送至近地轨道卫星 GEOS⁃II，进行激光传输实验，分析了大气湍流对激光信号传输的影响；1985年美方又运用高精度跟瞄技术建立了稳定的激光通信链路。而在2013 年，美国月球激光通信演示验证项目成功实施，为其卫星激光通信发展奠定了深厚技术基础。

无线电通信易受到对方电子战部队的干扰

这些年美国重回“大国竞争”，因此为应对同级别的对手，美军对于通信安全的要求也骤然加强。美军认为，当前各类武器系统都依靠无线电信号通信，而这也是一些自动功能的基础，自动功能虽可以提升武器的防御力，但无线电信号很容易被“黑客入侵”。根据华盛顿的说法，俄罗斯在研制电子战系统方面取得了重大进展。五角大楼联合人工智能中心最近发布报告说：“俄罗斯军队的技术比美国更先进，而且正在迅速发展人工智能，以获得战场信息优势”。在这种情况下，激光通信就成为美军的关注重点之一。

据报道，此次是美国国防部太空发展局自2019年成立以来第一次发射卫星。激光互联网络通信系统由12颗微型 “立方卫星”（CubeSats）组成，每颗卫星载有一个C波段双波长全双工光通信终端(OCT)和一个红外（IR）有效载荷，所有部件均有原子电磁系统公司圣地亚哥生产厂设计和制造，目前已有两个卫星进入轨道开始调试运行。据分析，美国军方和通用原子公司将试图改变通信方式，欲抢在俄罗斯等国前面占得卫星激光通信的先机。通用原子电磁系统集团总裁斯科特·福尼表示，未来是光通信的天下，即将开展的实验标志着通信“进化”的开端。

军事小词典

激光通信原理：在利用激光进行通信时，技术人员需要首先将各种形式的信号转变为调制光束。在接收站，技术人员需要用激光接收装置接收调制光束，并进行解调，从而将所需信号与激光束（载波）分离，与信号强度相关的输出电流将被逐级放大，然后被输送到扬声器或其他装置。

来源： 科普中国-军事科技前沿

单兵便携式激光保密通信装备

FSO通信技术，又称空间光无线通信技术，是利用大气激光无线传输原理，通过可见光或红外光在自由空间中传输信息的一种无线通信方式。设备能快速灵活组网，具备光纤通信的带宽、无线传输距离远、体积小，易架设的特点，即插即用。能在短时间内架通业务、可以有效解决通信业务临时架通及抢修的问题。用于临时大型活动通信扩容、山区、海岛及最后一公里宽带通信需求。同时该系统还可广泛应用于5G基站通信、保密通信、高速移动终端间通信、临时通信、应急救援通信、全球卫星互联网通信等领域。

在某些战场环境需要无线电静默的情况下，多个作战单元或集群可以利用自由空间光通信设备将数据、语音、视频等远距离高速无线传输，实现在某些极其特殊的作战环境下对作战单元进行指挥与控制。

一、产品概述

随着激光通信技术的不断发展和完善，激光通信装备的性能将不断提升。未来，该类装备可能会更加注重集成化、智能化和多功能化的发展，以满足更加复杂多变的战场需求。同时，随着材料科学、电子技术和制造工艺的进步，装备的便携性、耐用性和可靠性也将得到进一步提高。

单兵系列便携式无线激光通信装备是基于FSOC自由空间光通信技术，结合单兵数字化、保密性、隐蔽式装备需求，开发研制的一款无线通信装备。该装备专为单个士兵或小型作战单元设计，以满足在复杂战场环境中进行高保密、抗干扰、高速率的信息传输需求。

二、产品特点

高保密性：采用激光准直互联方式进行无线通信，其直线传播和高度方向性的特性使得信号难以被拦截或窃听。这种物理特性极大地提高了通信内容的安全性，减少了信息泄露的风险。

强抗干扰能力：激光通信不受电磁干扰的影响，能够在复杂电磁环境中稳定工作。这对于在电子战或其他电磁干扰强烈的场合下保持通信畅通至关重要。

高速率数据传输：激光通信具有极高的数据传输速率，能够满足现代战争中大量数据快速传输的需求。这对于实时传输图像、视频、地图等高带宽信息尤为重要。

便携性与灵活性：单兵便携式设计使得装备轻便易携，便于士兵在战场环境中快速部署和移动，数分钟内可实现建链通信。同时，可靠有效的光束发散角设计，配合军用望远镜和军用电脑，大幅缩短对准时间，一旦建链即刻通信。

低被发现概率：激光束在传输过程中几乎不发散，因此被敌方探测到的概率较低。这有助于保护通信设备和通信人员的安全，降低被敌方定位和攻击的风险。

多用途性：一些先进的单兵便携式激光保密通信装备还可能集成了其他功能，如瞄准、测距、夜视等，从而提高了装备的综合作战能力。

低功耗与长寿命：由于激光通信的能量利用效率较高，且设备通常采用低功耗设计，因此装备具有较长的使用寿命和较低的能耗，有利于减少后勤负担和提高作战效能。

三、技术参数

传输速率：100Mbps，支持高清视频流传输和语音对话；

安全性：抗干扰、抗窃听，抗MITM(Man-in-the-middle attack)攻击；

接口模式：支持蓝牙接口、LAN接口等；

工作环境：温度在-20℃~50℃之间，防雨及抗震设计；

持续工作时间≥8小时；

重量＜2KG；

通信距离＞500米；

低功耗＜20W；

支持头盔安装、肩部安装。

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