來自地球觀測平臺(tái)的光學(xué)數(shù)據(jù)下行鏈路

來源：發(fā)布時(shí)間：2024-12-24

（文獻(xiàn)部分內(nèi)容摘抄）

隨著地球觀測傳感器分辨率的提高，未來數(shù)據(jù)下行鏈路的數(shù)據(jù)速率將遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)射頻技術(shù)的可行性。這適用于地球觀測衛(wèi)星以及航空觀測平臺(tái)，如飛機(jī)或平流層高空平臺(tái)。對(duì)于這種數(shù)據(jù)下行瓶頸，有希望的解決方案是應(yīng)用光自由空間傳輸技術(shù)。德國航天中心近年來建造了各種大氣層飛行終端，并(與合作伙伴組織)進(jìn)行了多項(xiàng)從空間和大氣層載波發(fā)射的光學(xué)下行鏈路試驗(yàn)。在這里，我們提出和比較這樣的通信系統(tǒng)試驗(yàn)的結(jié)果。

地球觀測平臺(tái)光學(xué)下行鏈路的應(yīng)用場景及約束條件

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低地球軌道平臺(tái)

地球觀測極地低地球軌道上的衛(wèi)星能夠覆蓋全球的傳感器。一個(gè)缺點(diǎn)是它們對(duì)一個(gè)地面站的可見度有限。這通常會(huì)阻止實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)訪問，并需要大量的機(jī)載EO數(shù)據(jù)存儲(chǔ)?？拷貥O的地面站(GS)位置允許頻繁的聯(lián)系人，但這些GS的操作是加劇的。然而，傳感器的工作時(shí)間大多受到下行鏈路容量的限制[41.因此，更高的下行鏈路數(shù)據(jù)速率直接允許增加傳感器的使用。通過光下行鏈路，數(shù)據(jù)速率可以從目前的300MbpsX波段速率提升到幾Gbps。

這里不討論地球靜止軌道觀測衛(wèi)星的光學(xué)下行鏈路以及地球靜止軌道中繼方案(地球靜止軌道衛(wèi)星，將地球靜止軌道衛(wèi)星的數(shù)據(jù)中繼到地球)。

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高空(平流層)平臺(tái)能夠?qū)崿F(xiàn)多種新的安全和商業(yè)應(yīng)用，并可同時(shí)用于多種目的。例如，HAP可以攜帶用于移動(dòng)終端用戶連接的電信有效載荷，同時(shí)監(jiān)測農(nóng)業(yè)、森林火災(zāi)和寄宿者。HAP偶函數(shù)甚至可以充當(dāng)云層之上的中繼站，用于EO衛(wèi)星的光學(xué)下行鏈路。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)訪問在這類系統(tǒng)中是有可能的，也是需要的。雖然數(shù)據(jù)可以上鏈到地球同步軌道通信中繼衛(wèi)星上，但這種鏈路只能在長時(shí)間延遲下提供較低的數(shù)據(jù)速率，產(chǎn)生較高的成本，并且對(duì)HAP上的數(shù)據(jù)終端要求較高的功率和質(zhì)量。

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另一方面，光學(xué)下行鏈路可能會(huì)被通向地面站的視線中的云所阻擋，這種情況必須通過射頻備份或地面站分集來滿足。當(dāng)視線中沒有云時(shí)，光學(xué)鏈路可以提供滿足小質(zhì)量和功率限制的多千兆數(shù)據(jù)率。在線數(shù)據(jù)訪問鏈路需要的服務(wù)質(zhì)量要求與衛(wèi)星下行鏈路不同，例如，短延遲，快速FEC以提供無錯(cuò)誤的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，以及直接訪問觀測數(shù)據(jù)而不需要后處理的能力。

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