長期以來，軍事通信一直依賴于無線電波在陸地、海洋、空中和太空之間無形傳播。然而，隨著軌道衛(wèi)星數(shù)量的增加和電磁頻譜資源日益緊張，傳統(tǒng)射頻鏈路的局限性也越來越不容忽視。

　　如今，一項新的實(shí)證研究表明，一種更隱蔽但功能更強(qiáng)大的替代方案正逐漸接近實(shí)際應(yīng)用：基于激光的通信，它能夠根據(jù)惡劣和不可預(yù)測的環(huán)境條件進(jìn)行實(shí)時調(diào)整。

　　美國太空軍太空發(fā)展局（SDA）的研究人員在《光學(xué)工程》雜志上發(fā)表論文，描述了一種新型光接收器的開發(fā)和測試過程，該接收器用于支持太空發(fā)展局最新的激光通信標(biāo)準(zhǔn)。這項研究的重點(diǎn)在于如何可靠地接收衛(wèi)星高速掠過時強(qiáng)度劇烈波動的激光信號——但其意義遠(yuǎn)不止于實(shí)驗(yàn)室研究。關(guān)鍵在于，美國軍方能否構(gòu)建一個能夠支持未來國防行動的、具有強(qiáng)大韌性的高速太空通信骨干網(wǎng)。

　　該研究重點(diǎn)關(guān)注美國太空軍太空發(fā)展局的光通信終端標(biāo)準(zhǔn)，這是一套旨在確保不同供應(yīng)商制造的激光通信系統(tǒng)能夠相互通信的規(guī)范。

　　互操作性是太空發(fā)展局“擴(kuò)散型作戰(zhàn)人員空間架構(gòu)”（PWSA）的核心，該架構(gòu)是一種由數(shù)百顆在近地軌道協(xié)同運(yùn)行的相對較小的航天器組成的衛(wèi)星系統(tǒng)。

　　激光鏈路的數(shù)據(jù)速率遠(yuǎn)高于無線電系統(tǒng)，并且本身更難被干擾或攔截。然而，它們也帶來了新的技術(shù)難題，尤其是在信號必須穿過地球湍流大氣層時。

　　研究人員解釋說，太空發(fā)展局制定了光通信終端標(biāo)準(zhǔn)，通過定義從初始指向、捕獲和跟蹤到數(shù)據(jù)調(diào)制格式和糾錯協(xié)議等關(guān)鍵技術(shù)規(guī)范，來確保眾多行業(yè)合作伙伴之間的系統(tǒng)互操作性。

　　該標(biāo)準(zhǔn)目前已更新至第四次主要修訂版，新增了對突發(fā)模式波形的支持——這種信號以短而強(qiáng)的脈沖代替連續(xù)傳輸。突發(fā)模式的優(yōu)勢在于其靈活性。當(dāng)衛(wèi)星飛越地面站時，由于距離、指向幾何形狀和大氣擾動的變化，其激光信號強(qiáng)度可能會從始至終變化約20分貝。

　　突發(fā)模式信號傳輸并非設(shè)計一個僅針對最壞情況的系統(tǒng)，而是允許運(yùn)營商動態(tài)地犧牲數(shù)據(jù)速率來換取更大的信號裕度。簡而言之，鏈路可以在條件惡劣時降低速度，而不是完全中斷。

　　為了測試這一概念在實(shí)踐中的有效性，研究人員構(gòu)建并測試了一個針對太空發(fā)展局標(biāo)準(zhǔn)新型突發(fā)模式格式優(yōu)化的原型地面接收器。

　　與更復(fù)雜的相干光學(xué)系統(tǒng)不同，該接收器采用大面積雪崩光電二極管（APD），無需自適應(yīng)光學(xué)器件即可收集畸變光。這種選擇體現(xiàn)了一種更廣泛的設(shè)計理念：優(yōu)先考慮穩(wěn)健性和簡潔性，而非追求理論性能的最大化。

　　研究人員解釋，突發(fā)模式波形以犧牲數(shù)據(jù)速率為代價，提高了接收機(jī)的功率效率，適用于遠(yuǎn)距離應(yīng)用或?qū)Τ叽?、重量和功率有?yán)格限制的終端。

　　對于移動地面站、海上船舶，甚至是接收太空數(shù)據(jù)的飛機(jī)而言，保持鏈路的可靠性比時刻追求最高吞吐量更為重要。

　　論文中描述的實(shí)驗(yàn)表明，原型接收機(jī)在各種工作條件下均能達(dá)到接近理論預(yù)期的性能，尤其是在應(yīng)用前端信號調(diào)理之后。

　　雖然研究人員并未聲稱該系統(tǒng)已完全部署，但他們將其描述為符合太空發(fā)展局標(biāo)準(zhǔn)的突發(fā)模式光接收機(jī)的初步演示——對于支持實(shí)際部署的標(biāo)準(zhǔn)而言，這是一個重要的里程碑。 （航柯）