什么是空间激光通信技术？

大多数人对空间激光通信技术了解并不多。空间激光通信技术的核心在“激光”二字，即用激光作为信息载体进行空间(包括大气空间、低轨道、中轨道、同步轨道、星际间、太空间)通信。

与微波空间通信相比，激光空间通信的长处不言而喻，如波长比微波波长明显短，具有高度的相干性和空间定向性，这也就决定了空间激光通信具有一系列优点。如通信容量大，激光的频率比微波高3至4个数量级，因此作为通信的载波有更大的利用频带。光纤通信技术可以移植到空间通信中来，目前光纤通信每束波束光波的数据率可达20Gb/s以上，并且可采用波分复用技术使通信容量上升几十倍。因此在通信容量上，光通信比微波通信有巨大的优势。同时，空间激光通信技术还有着重量轻、功耗和体积小、建造和维护经费低等特点。

由于激光的发散角很小，所以能量高度集中，这样一来落在接收机望远镜天线上的功率密度高，发射机的发射功率可大大降低，功耗相对较低；空间激光通信的能量利用率的提高又使得发射机及其供电系统的重量减轻;激光的波长短，在同样的发散角和接收视场角要求下，发射和接收望运镜的口径都可以减小。如此一来，空间激光通信就摆脱了微波系统巨大的碟形天线，拥有了既小又巧还功能强大的特点。最难能可贵的是，激光具有高度的定向性，发射波束纤细，激光的发散角通常在毫弧度，有效地提高抗干扰、防窃听的能力。

拥有着以上这些强大功能，空间激光通信技术的前景可谓十分广阔。伴随着信息时代对于高速率信息传输的需求日益迫切，以及支撑空间激光通信的光学、光电子学、微电子学、计算机、控制科学、材料科学与技术水平的提高，空间激光通信将呈现出以下几个发展趋势。一是通信速率越来越高，伴随着高精度动态跟踪这一核心技术取得突破后，提高激光通信系统的速率和带宽是必然举措。二是通信模式越来越丰富，从最初的单向信息传输、发展到双向对称信息传输、中继转发通信模式，乃至将来的信息组网。三是立体空间覆盖，空间激光通信从星际链路逐渐向星地、星空、空空、空地和地面间链路拓展，实现立体空间覆盖，构建天空、地一体化的无缝通信系统。

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来源： 新华网

多种带宽的定义，窄带、宽带与超宽带

我们想让雷达的分辨率越来越高，达到目标的物理尺寸级，这样通过回波的信号分析，使得分辨和识别目标具有了额外优势。精细的空间分辨率意味着雷达的带宽大，这也会给频谱分配、干扰和技术能力等带来问题。

我们常常根据分辨率要求来简单倒推信号带宽，例如1m分辨率需要150MHz；带宽达到500MHz的话可以提供0.3m的分辨率，这在雷达成像中较典型。

大家可能觉得500MHz并不是很宽，对现在高速ADC来说很轻松。但对于较低的微波频率范围来说，500MHz带宽将占中心频率较大的百分比，也就是相对带宽大。而具有较大相对带宽的信号需要新的无线电设计概念。

带宽的定义

通常，这里说的带宽是指在电路、组件频率响应或信号功率谱-3dB点之间的差值。对于一个正弦脉冲信号，脉宽的倒数近似为-3dB信号带宽。当然也有用信号所占有的频率范围来定义信号带宽，也就是用最高频率减去最低频率 (FH-FL)。

其他带宽定义包括X dB带宽，具体定义见下图。另外，平时也会遇到“工作带宽”、“瞬时带宽”等说法。雷达工作带宽常常是指该雷达可能工作的频率范围，例如我们常听到的S波段雷达、X波段雷达或者毫米波雷达等，是指雷达工作时的频率在该范围内。

瞬时带宽往往指雷达信号带宽，根据雷达模式从几MHz~几百MHz。对于相控阵雷达，瞬时带宽会受到一定的限制。当信号具有一定带宽时，以中心频率设计的移相器波控码不变，对相位的权值不变，但由于相对于中心频率的偏离，会导致波束扫描的指向会发生偏离。另外，在接收宽带信号时，由于孔径渡越时间的限制，阵列两端的信号不能同时相加，会导致波形展宽。也就是说要实现相控阵天线的大瞬时带宽，需要解决上述问题。

窄带、宽带和超宽带

并不是说带宽小的就是窄带或者带宽大的就是宽带、超宽带，所谓窄带宽带超宽带是基于相对带宽来说的，相对带宽是用带宽除以中心频率获得的。从James D. Taylor的“Ultrawideband Radar: Applications and Design ”的书中找到了有价值的参考依据。大家可以看到不同的来源对超宽带雷达的定义略有不同。

在Wick的“Principles of Waveform Diversity and Design ”的书中给出了窄带、宽带和超宽带的定义，该书中将雷达通信和电子战对带宽的定义稍作区别对待，且看下表。

昨日文章《从大气衰减图，看毫米波雷达的常用频段》中提到“77GHz频段比24GHz频段的带宽更宽、波长更短，分辨能力能提升三倍以上”是指若相对带宽的要求相同时，77GHz频段可用的带宽可以比24GHz频段大三倍以上。并不是说所有的77GHz频段雷达就比24GHz频段的分辨率高三倍以上，还是要看具体雷达的信号带宽等参数。

超宽带无线通信系统

超宽带无线通信信号占用极宽的频带，可与其他通信系统共享频谱资源，功率谱也可以做到极低，从而不去干扰其他通信系统，它是短距离无线通信领域研究的热点，例如智能交通、消防、军事通信等。超宽带无线通信有脉冲体制和载波体制两种。

脉冲体制的超宽带通信技术采用基带窄脉冲信号，无需进行载波的调制和解调，通过脉冲序列携带信息，可以做到系统简单、功耗低，信号穿透能力还挺强。

信息调制到基带窄脉冲序列上的技术主要有跳时技术、脉冲位置调制技术以及脉冲极性调制技术等。信号检测的方法一般有峰值检测法、能量检测法和相关检测法等。

在发送端用与信道冲激响应相匹配的滤波器对发射信号进行预滤波，可以使接收信号更加集中，达到简化接收机机构，提高信息传输速率的作用。在接收端可以进行高速采样和低精度量化成数字信号再检测。

脉冲体制的超宽带信号需要满足的条件有两个：带宽和功率。 峰值功率下降10dB时相对带宽大于20%，或者绝对带宽大于500MHz。另一个条件就是有效全向辐射功率(EIRP)也被加以了限制，应用场景不同频段不同，对功率的限制不同。

超宽带雷达系统

超宽带雷达系统在树丛穿透、掩埋或隐蔽目标探测、高分辨测绘成像等领域应用突出。超宽带雷达使用多种信号形式，包括短脉宽的脉冲、步进频率编码信号、脉冲序列编码信号、随机噪声信号等。

在《超宽带雷达应用于设计 _ Ultrawideband Radar: Applications and Design 》一书中给出了未来超宽带雷达系统架构设计师指南，大家可自行学习参考。

需要本文参考资料的请给微信公众号“雷达通信电子战”发送“190521 ”即可。

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