空间通信和导航研究系统技术介绍

大气传播研究

大气传播研究的目的是提高对NASA通信链路当前和未来运行地点微波和光学波段大气效应的统计理解。

自先进通信的Ka波段测量活动以来，NASA格伦研究中心一直处于大气传播研究的最前沿1990年代的技术卫星。从那时起，该中心继续引领该领域的研究，对Ka波段、Q波段、V/W波段和光链路进行了多次测量活动。

大气传播研究的目的是提高对NASA通信链路当前和未来运行地点微波和光学波段大气效应（例如衰减，相位稳定性等）的统计理解。除了为高效和有能力的通信链路设计提供信息外，这些测量还用于通过国际电信联盟（ITU）等组织提高全球大气模型的性能和准确性。

对特定站点大气传播特性的了解提供了关键信息，有助于地对空通信系统设计和性能的系统规划（即链路裕量、可用性、实际可支持的数据速率等）。

随着NASA和商业卫星通信资产向更高的频率利用率（Ka波段及以上）发展，更宽频谱带宽的预期优势可以迅速被传播问题增加的现实所抵消，这可能导致更高的损耗，群延迟，去极化，气体衰减和无线电噪声。

通过表征这些影响，可以为特定站点的通信系统定义性能指标，并且可以提高全球模型的保真度，这两者都可以更好地了解大气对通信系统退化的贡献。

NASA大气传播研究的首要目标是：

• 提供对Ka波段及以上传播效应的良好理解
• 开发预测传播相关效应的模型
• 开发减轻这些影响的工具

由于NASA对深空和近地的频率利用率在2 GHz及以上，因此所表征的传播效应主要是由于对流层的贡献，包括大气衰减，降雨衰减，气体吸收和大气噪声温度。特别是，随着频谱使用向Ka波段频率（26 GHz及以上）发展，由于雨量衰减和大气噪声温度导致的损耗增加会降低地空通信链路裕量，并导致信号采集和数据传输丢失。

NASA感兴趣的设施所描述的主要大气效应包括：

• 雨（雪）褪色 – 雨（或雪、冰）对总信号路径衰减的贡献
• 气体吸收 – 大气中的气态成分（水蒸气、云、氧气等）对总信号路径衰减的贡献
• 亮度温度 – 大气对信号噪声增加的贡献
• 相位去相关 – 大气对相位噪声增加的贡献（退相干）
• 闪烁 – 通过大气的信号功率快速波动的现象
• 去极化 – 大气对信号极化的影响
• 站点多样性 – 空间分离的单孔径天线系统的系统增益改进

大气传播测量活动

2、无线电频谱传输研究

位于俄亥俄州克利夫兰的 NASA 格伦研究中心的空间通信和频谱管理办公室负责管理技术项目的规划、制定、实施和集成以及支持 NASA 空间通信和导航 （SCaN） 能力的通信系统分析能力。SCaN是NASA所有空间通信活动的总部项目办公室，包括地面设施和服务，并负责空间通信和导航技术的发展。

NASA对访问无线电频谱的要求始于1958年该机构的成立，几十年来不断发展壮大，包括广泛的计划和应用。频谱管理是由NASA格伦研究中心执行的全机构职能，包括国内和国际协调和保护用于通信和无源传感的频谱。该功能涉及频谱政策和相关分析功能的制定和执行。

格伦研究中心为广泛的SCaN功能进行技术开发。2023年活跃技术项目目录包括：

• • 认知通信 – 适用于空间通信链路、网络和提供商调度的自主性和弹性技术

  • 高延迟率容忍网络 （HDTN） – 用于空间通信中继和用户终端的高速率延迟和中断容忍网络功能

• 月球LTE研究 – 支持集成地面LTE通信以用于月球环境的计量和分析

• 量子通信 – 多种量子通信技术的计量和开发，包括量子存储器

• RealTOR – 用于地面实施的高速率实时光通信接收器功能

• SKOUT – 用于近地Ka波段通信的有源相控阵天线

3、认知通信

智能、自主的通信系统协同工作，优化对太阳系的探索。

认知通信项目

认知通信研究旨在通过增加链接、网络和服务调度的自主性来减轻任务用户日益增加的通信复杂性。美国宇航局传统上发射了单个航天器任务，通常提前几周安排，每个资产一次为一个用户航天器提供服务。最近，美国宇航局的科学任务发现了另一种方法的好处，发射了成群的航天器，允许从不同角度协调同时观测。随着更复杂的群体任务的启动，一个挑战将是协调群体内的通信。NASA Glenn研究中心（GRC）的认知通信项目旨在开发具有人工智能（AI）代理的分散空间网络，优化通信链路吞吐量，数据路由和系统范围的资产管理，以缓解这一挑战。

什么是认知沟通？

美国宇航局的认知通信项目将“认知”定义为任何系统或系统的一部分，能够克服障碍，响应和学习环境，并在最少或没有人类互动的情况下实现完成其主要任务的有益目标。实际上，认知系统必须有能力适应不断变化的条件，方法是在超出其最初开始的预先编程知识的场景中产生合理的结果。这些系统利用认知引擎（CE）或决策算法，使认知系统的一部分成为可能。认知引擎从过去的分配中学习，以随着时间的推移提高任务通信性能。NASA航天器星座、通信中继产品和任务架构日益复杂，推动了对自主通信系统开发的需求。

技术创新

NASA GRC的认知通信项目在四个不同但相互交织的领域进行研究：

• 认知链接 – 关于两个设备之间的点对点连接

• 认知网络 – 关于多个设备在多个链路之间路由信息

• 认知系统 – 关于设备之间的交互和支持地面和空间基础设施

• 使能技术 – 关于设备的板载处理、传感和适应能力，允许其参与认知链接、网络或系统

空间通信链路是两个无线电与空间中至少一个无线电之间的无线连接。目前，NASA的任务在发射前确定无线电的确切通信系统配置。虽然这种方法经过验证且稳健，但它对发射后可能发生的实时任务变化也不灵活。与NASA目前使用的传统链接方法相比，使用认知链接方法的好处包括减少射频（RF）干扰造成的数据丢失，优化吞吐量和减轻操作员负担。

空间通信网络用于在多个通信链路之间路由信息。认知网络的目标是让自主方面不仅理解系统之间的接口，而且还进行优化以实现特定目标。NASA已经证明需要容忍延迟和中断的网络，称为延迟容忍网络（DTN）。NASA GRC的工程师目前正在研究将认知方面整合到DTN协议中的方法。

认知系统旨在优化整个空间通信系统的性能，改善任务航天器和地面服务提供商基础设施之间的交互。目前，网络运营商根据每个特派团业务人员的请求管理对最高性能服务的访问。任务操作员必须提前几周预测航天器的指挥和数据传输需求。通过提高系统自主性，任务航天器可以根据其当前的数据传输需求协商对通信服务的访问，而无需用户干预。

使能技术用于调整现代设备，如神经形态处理器，以实现认知能力。在航天器上实现认知通信功能所需的硬件通常模仿在地面上实现人工智能和机器学习的硬件。虽然这四个重点领域中的每一个都可以独立成熟，但最终目标是过渡到集成到分散的认知空间通信系统中。

4、通讯服务项目

通信服务项目（CSP）正在开创NASA近地空间通信的未来，评估商业卫星通信网络的可行性，以可靠地支持未来的NASA任务。

私营部门在近地空间的创新正在迅速而急剧地加速。利用这些进步将确保NASA任务拥有可靠，安全和持续的空间通信，这是其长期运营所依赖的。随着NASA拥有和运营的传统跟踪和数据中继卫星（TDRS）系统在未来几年退役，这是必要的。

采用商业卫星通信功能将使特派团能够利用远远超过政府能力的私营部门投资。使用商业技术将为NASA任务提供节省成本的持续行业创新，节省可以重新专注于科学工作的资金。

CSP的努力也是为SATCOM提供商迈向无尽新机遇的第一步。虽然大多数数据传统上是从太空传输到地球的，但现在将有更多的内容和更多的双向通信要求，这需要新的双向、更高容量的能力。

CSP将帮助培育一类新的商业卫星通信服务，以满足这一需求。这些服务和新的服务模式可以被其他政府机构甚至商业太空飞行公司使用，以支持他们自己的任务要求。这将促进工业发展，同时能够长期支持NASA的近地太空任务。

分阶段的方法

从代理资产到商业卫星通信服务的转变是一项复杂的操作。CSP通过三阶段策略采用计算和有条不紊的方法。

第一阶段涉及配方，在此期间，CSP团队制定了一项策略，以确定和分析NASA当前的卫星使用情况和未来的通信需求。在整个阶段，该团队还评估了现有的行业能力，以帮助各方（NASA，行业和其他政府机构）在未来的机会上保持一致。CSP 团队使用了已在空间中继伙伴关系和服务研究征求意见，以帮助为其第一阶段工作提供信息。

第二阶段涉及正在开发和展示能力的精选公司，以证明其卫星通信服务可以满足NASA的各种任务需求。这些初始合同是根据《资助空间法协议》授予的。建立互利关系将导致增加公私合作，并将有助于鼓励为支持任务需求而开发的独特能力所产生的新行业创新。

第二阶段还将涉及开发NASA获得能够满足其未来需求的商业服务所需的新模型。

在第3阶段，即最后一个项目阶段，NASA将开始收购并过渡到由多个行业合作伙伴提供的可靠且具有成本效益的卫星通信服务。

5、高速率延迟容忍网络 （HDTN） 项目

为了满足不断增长的用户对数据返回的需求并扩展NASA探索和科学任务的能力，人们正在加速将光通信技术与现有的射频（RF）功能注入一个可操作的网络。太空通信和导航（SCaN）计划正在开发新的通信技术，可用于增加未来太空任务返回的科学数据量。

从地球到任何航天器的通信都是一个复杂的挑战，主要是由于所涉及的距离非常远。当数据在数千甚至数百万英里的太空中传输和接收时，延迟和中断或数据丢失的可能性是巨大的。延迟容忍网络（DTN）是NASA为太空任务提供可靠互联的解决方案。美国宇航局格伦研究中心（GRC）的高速率延迟容忍网络（HDTN）项目正在开发一种协议套件，作为在航天器有效载荷之间以及在以一系列不同速率运行的通信系统之间移动数据的高速路径。

技术进步

DTN是一种计算机网络模型和用于传输信息的规则系统，通常称为协议套件，它将地面互联网功能扩展到传统互联网无法正常工作的太空中具有挑战性的通信环境。这些环境通常会受到频繁中断、链路仅限于一个方向、可能长时间的延迟和高错误率的影响。

NASA GRC的HDTN团队已经确定了几种技术解决方案，以解决空间网络所需的升级问题，同时考虑现有的射频基础设施。该项目旨在提供可重新配置的存储、转发和路由功能，以支持不断变化的任务要求和开发基础设施，同时提供反馈路径，为未来的系统认知和自主奠定基础。该实施包括主动和被动链路管理解决方案，以最佳方式利用异构网络中的节点。

尽管 HDTN 实现的硬件和软件细节取决于应用程序，但作为协议标准的 DTN 与作为参考体系结构的处理体系结构、内存存储和 I/O 元素之间的关系将保持不变。由此产生的网络缓冲解决方案足够通用，可以提供任务可扩展性和与其他 DTN 实现的互操作性。

未来的 DTN 应用

2016年5月，国际空间站实施了一项机构延迟容忍网络（DTN）服务来支持有效载荷。空间站DTN的实施大大提高了有效载荷科学数据传输的可靠性，减少了操作开销和规划，并提供了支持未来任务支持应用的架构。NASA Glenn的研发团队目前正在研究国际空间站的申请。空间站HDTN实施是基于软件的，可以在轨道上的现有处理器上运行。该原型在实验室中成功且一致地演示了跨测试台仿真器的捆绑路由。

NASA GRC正在完成的工作是与美国宇航局马歇尔太空飞行中心合作完成的，并将与其DTN实施（称为DTN-ME）相结合，以交付给空间站。未来的航天器应用可能需要比当前拱形纹理所能提供的更快的速率，因此HDTN的硬件加速版本也在开发中，目标是100-200 Gbps，使用现场可编程门阵列。

延迟容忍网络（DTN）已被确定为促进未来空间网络发展和增长的关键技术。DTN 是一种覆盖网络，它使用捆绑协议连接一次不同的一对一链路。捆绑包是 DTN 中数据的主要单元，基本上可以是任何大小。现有的 DTN 实施在资源有限的受限环境中运行，导致数据速度低，并且不能利用超过可用系统容量的一小部分。然而，随着各种技术的进步，数据传输速率和效率也在提高。迄今为止，大多数已知的DTN实现都设计为在航天器上运行。

与当今的 DTN 操作相比，高速率延迟容忍网络 （HDTN） 利用现代硬件平台大幅减少延迟并提高吞吐量。HDTN 保持与符合 IETF RFC 5050 的现有 DTN 部署的兼容性。同时，HDTN定义了一种新的数据格式，更适合更高速率的操作。它定义并采用了大规模并行的流水线和面向消息的体系结构，允许系统随着资源的增加而优雅地扩展。HDTN 的架构还支持钩子，用专用的硬件加速器替换各种处理管道元素。这提供了改进的尺寸、重量和功耗 （SWaP） 特性，同时降低了开发复杂性和成本。

代码路径：https://github.com/nasa/HDTN?search=1

HDTN/ at master · nasa/HDTN · GitHub

在以上路径处下载最新的 HDTN 代码：GitHub – NASA/HDTN

6、集成无线电光通信

集成无线电光通信（iROC）终端概念为空间通信技术提供了一种混合射频（RF）和光学方法。通过将无线电和光学通信模式集成到一个终端中，将实现高水平的通信系统鲁棒性。与标准的纯无线电和纯光纤终端相比，混合终端概念可降低尺寸重量和功率 （SWaP）。将高速无信标光通信系统与成熟的射频技术集成将创建一个故障安全通信系统，该系统既可以减少通信中断，又可以大大提高数据速率吞吐量。格伦研究中心领导iROC，开发了包括初级、二次和三级光学器件在内的精密光学器件，并正在进行系统集成、测试和演示工作。为了支持iROC终端的开发，Glenn正在与其商业合作伙伴共同开发适用于新型无信标指向系统架构的干涉星跟踪器，紧凑，轻便的隔振平台和射频透明碳化硅。

iROC项目的进展

iROC终端最初设计用于支持火星通信中继任务，类似于火星勘测轨道飞行器。iROC终端的设计能力最近得到了扩展，最近的变体重新定位以支持月球任务。

iROC终端设计可扩展，从月球应用到火星任务，以及远远超出火星的任务。

iROC 登月终端扩展视图，包括 teletenna 和紧凑型轻型隔离平台 （CLIP）

根据空间技术任务理事会（STMD）改变游戏规则的发展（GCD）计划，iROC项目将推动技术就绪级别 （TRL）火星版的 iROC 从 3 到 5，为过渡到飞行演示做准备。在STMD GCD计划下，将展示无信标指向技术（在天文观测能力限制范围内），其精度足以支持行星范围内的高速率（100 Mb / s）光通信。

技术就绪级别 （TRL） 是一种用于评估特定技术的成熟度级别的测量系统。每个技术项目都根据每个技术级别的参数进行评估，然后根据项目进度分配TRL评级。有九个技术准备级别。TRL 1 是最低的，TRL 9 是最高的。

当一项技术处于TRL 1时，科学研究就开始了，这些结果正在转化为未来的研究和开发。TRL 2 一旦研究了基本原理并且可以应用于这些初步发现，就会发生。TRL 2技术非常具有推测性，因为该技术几乎没有实验概念证明。

当积极的研究和设计开始时，一项技术被提升到TRL 3。通常，在这个级别上需要进行分析和实验室研究，以确定一项技术是否可行并准备好在开发过程中进一步进行。通常在TRL 3期间，会构建概念验证模型。

一旦概念验证技术准备就绪，该技术将推进到 TRL 4。在 TRL 4 期间，多个组件相互测试。TRL 5 是 TRL 4 的延续，但是，位于 5 的技术被确定为试验板技术，必须比仅在 TRL 4 的技术进行更严格的测试。模拟应在尽可能接近现实的环境中运行。一旦TRL 5的测试完成，一项技术可能会推进到TRL 6。TRL 6 技术具有功能齐全的原型或代表性模型。

TRL 7技术要求在空间环境中演示工作模型或原型。TRL 8 技术已经过测试并“飞行合格”，可以实施到现有的技术或技术系统中。一旦一项技术在成功任务中得到“飞行验证”，它就可以被称为TRL 9。

技术发展

iROC项目包含许多技术开发领域，可实现混合射频（32 GHz）和光（1550 nm）空间通信，同时最大限度地减少质量。该终端使用特殊的望远镜/天线系统或“teletenna”，其中无线电波和光波都有效地聚焦并传输到地球上的接收器。Teletenna飞行版本的构造是通过使用特殊掺杂的碳化硅（SiC）材料完成的，该材料通过RF能量而不会显着损失信号功率。SiC是一种由于材料特性而经常用于制造太空望远镜的材料。使用低损耗RF SiC有助于实现iROC终端的混合孔径设计，因为望远镜的结构对RF波的干扰程度将比通常遇到的金属结构小得多。选择仅由SiC形成iROC结构为iROC终端提供了有效的热化策略。

iROC系统无需借助地面光学接收望远镜的上行信标即可实现光束的稳定和指向。具有小发散角光束的星载光通信系统的无信标指向尚未得到证明。与以前的无信标指向方法相反，为iROC终端开发的无信标系统采用单个传感器进行姿态感应，并将通信波束视线（CBLOS）配准到姿态估计。这种 iROC 概念避免了复杂的光学计量系统，这些系统限制了竞争方法的鲁棒性。作为该系统开发的一部分，iROC项目成熟，适应和集成高精度/低SWaP干涉星跟踪器（iST）技术。

在实验室环境中测试的铁元间星跟踪仪（iST）

iROC的第三个重要技术开发领域是紧凑型轻量级隔离平台（CLIP）。CLIP为光学系统提供平台稳定和精细指向。这一点至关重要，因为平台稳定会显着减少航天器振动带来的初级和次级光学器件之间的运动。iROC终端的中等尺寸光学元件实现了光束稳定和精细指向的“平台稳定”方法，其中整个光学系统与航天器振动隔离开来。平台稳定带来的一次和二次光学之间的运动减少降低了对光学系统结构刚度的要求，从而允许光学系统结构稀疏和轻量化。通过使用作为CLIP系统一部分的极小磁流体动力（MHD）速率陀螺仪技术，进一步减轻了iROC的重量。

用于 iROC 指向和光束稳定的解耦控制环路

望远镜结构的稀疏性减少了射频阻塞。平台稳定功能可简化和解耦终端内的各种控制回路。

iROC 合作者

NASA已将通过iROC开发的几个技术领域分拆为单独的项目，包括高速率延迟容忍网络（HDTN）项目和实时光接收器（RealTOR）项目。iROC的许多技术发展都是通过使用NASA实现的。SBIR资金。iROC终端的开发得到了许多中小型企业的贡献，包括：光学物理公司（加利福尼亚州西米谷）的iST，应用技术协会（新墨西哥州阿尔伯克基）的隔振/无干扰平台技术和Xinetics（剑桥，马萨诸塞州）的SiC技术。

7、月球LTE研究（月球LiTES）

位于俄亥俄州克利夫兰的美国宇航局格伦研究中心的月球LTE研究（LunarLiTES）项目正在评估连接我们在地球上的移动设备的4G和5G技术如何转化为月球环境，目标是为下一代探险家提供他们在地球上所知道的相同的通信便利。我们口袋里携带的地面技术是月球网络的明确选择，但在月球上的表现与在地球上的表现明显不同。LunarLiTES团队专注于将4G和5G LTE功能添加到用于研究创新通信系统（MATRICS）仿真环境的多资产测试平台中，其具体目标是表征月球表面4G和5G通信的性能。MATRICS是NASA GRC的仿真环境，可以在精确重建的射频环境中运行完整的通信系统硬件。

支持阿尔忒弥斯勘探

通过阿尔忒弥斯，美国宇航局将在月球上建立长期的人类存在，比以往任何时候都更多地开放月球表面的科学和探索。月球活动的快速增长将需要强大的通信、导航和网络能力，以应对在月球上生活和工作的独特挑战。月球南极是我们以前从未去过的月球区域，那里有永久阴影的陨石坑里有水冰，这是人类可持续存在的宝贵资源。然而，这些新的极地任务将比过去阿波罗在月球中纬度地区的任务更具挑战性。航天器、宇航员和机器人任务在月球表面工作时将需要连续、可靠的连接，尤其是在南极具有挑战性的景观中。通信链路对于控制航天器、返回科学数据以及帮助任务在探索未知地形时导航和确定其精确位置至关重要。

未来应用

美国宇航局空间技术任务理事会已资助诺基亚在未来的美国宇航局商业月球有效载荷服务（CLPS）飞行期间在月球表面展示4G LTE网络。LunarLiTES项目通过模拟和模拟月球表面的通信链路来支持这一任务，以预测网络的性能，并最终提高模拟月球表面传播和部署强大网络以维持探索的能力。这些通信链路对于控制航天器、返回科学数据以及在阿尔忒弥斯宇航员探索未知地形时确定精确位置至关重要。

8、程序系统工程 （PSE）

NASA的计划系统工程（PSE）团队是整个空间通信和导航（SCaN）系统工程（SE）团队的一部分。SCaN SE团队与整个机构的各种计划进行交互，以确保SCaN技术，无线电频谱和标准计划是可行的，并响应NASA的所有空间通信和导航需求。SCaN SE由SCaN的PSE办公室管理，促进和协调，与SCaN内的所有部门和办公室以及相关的NASA中心相互接口。NASA的每个部门都将其独特的SE方法应用于其SCaN特定职能，但是与PSE办公室的协调确保了SCaN和该机构的无缝SE理解。

PSE团队由来自NASA总部以及其他NASA中心的成员组成。SCaN PSE综合团队的成员共同开展整个SCaN SE计划活动。通过共同参与计划层面的审查和工作组会议，PSE组织得到加强;生命周期开发和收购活动，从概念研究到退役;开发从计划到项目层面的需求;以及对整个SCaN网络架构及其实现任务目标的能力的评估。

SCaN 系统工程功能

SCaN 系统工程团队监控整个项目中 SCaN 系统工程工作的总和。它不是一个特定的组织，而是一个过程。SE包括来自所有SCaN组织的元素，即：NSD，ACNT，频谱政策和规划司（SPP），政策和战略传播办公室（PSC），业务管理办公室（BMO）和计划系统工程（PSE）办公室，其中包括数据标准;以及相关的美国宇航局中心;利益相关者;和用户社区。NASAPSE部门的部分职责是提供SCaN技术项目和计划系统工程之间的协调，以维护整个SCaN计划技术基线。

SCaN SE团队促进跨SCaN计划和项目边界的这些活动，并在各种内部和外部组织之间进行协调以实现该计划的特定目标，并与整个SCaN组织和NASA中心的利益相关者进行互动，以定义SCaN计划级别的要求;让项目代表有机会分析和讨论计划和项目空间C&N需求;并验证基线要求。

PSE 团队通过作为 PSE 团队一部分的各种功能主题专家和各种网络领域专家之间的合作来实现多学科团队合作。例如，GRC中心PSE SE Lead利用代理任务团队（SMT）向PSE团队提供有关任务用户需求的建议。

9、量子通信项目

美国宇航局格伦研究中心的量子通信项目是一个空间通信和导航（SCaN）项目，积极参与光量子科学，技术开发和太空应用实验。

格伦的量子通信工作是通过研究量子光通信技术和架构来实现基于太空的量子网络的推动的。天基量子网络是长距离通信的关键，因为在地球上使用的基于光纤的解决方案在远距离（例如洲际或跨洋距离）上使用是不可行的。为了支持创建量子技术的天基应用，研究人员一直致力于在不牺牲性能的情况下减小量子设备的尺寸、重量和功率。

美国宇航局量子计量实验室

美国宇航局格伦研究中心是美国宇航局量子计量实验室（NQML）的所在地，量子科学家致力于验证和确认用于太空应用的量子硬件和网络模型。GRC研究人员表征NQML中最先进的量子设备，并将性能信息输入网络模型。

GRC与业界合作开发了一种高强度纠缠源，使组件能够从全光学台大小的系统缩小到适合手掌的封装。

10、实时光接收机（RealTOR）项目

位于俄亥俄州克利夫兰的NASA格伦研究中心的实时光接收器（RealTOR）项目正在使用商用现货（COTS）技术来开发一种便携式，可扩展和低成本的建筑解决方案光通信接地接收器。光通信，也称为激光通信，使用红外光而不是无线电波来编码和传输地球信息。这项技术将为任务提供更高的数据速率，使传输回地球的数据比NASA目前使用的射频系统多10到100倍。除了为光通信光子计数地面接收器开发低成本解决方案外，RealTOR项目还开发了一种基于现场可编程门阵列（FPGA）的发射器来测试RealTOR系统，目前正在进行子系统集成，测试和演示工作。

RealTOR系统实施空间数据系统咨询委员会（CCSDS）光通信高光子效率（HPE）标准，该标准将用于未来的光子计数任务，如光学Artemis-2猎户座通信（O2O）任务。

技术开发

RealTOR项目有几个子系统正在开发中，包括发射器FPGA，大气链路仿真和RealTOR系统，该系统由光纤器件，COTS超导纳米线单光子探测器（SNSPD）和基于FPGA的接收器组成。以下技术使RealTOR系统能够在马里兰州格林贝尔特的戈达德地球物理和天文台的低成本光终端（LCOT）地面站上实现。

在处理空间到地球的光通信时，激光最初从航天器发射，并由连接到地球上地面站的光学望远镜接收。在RealTOR系统中，光纤设备充当桥梁，将LCOT地面站光学望远镜输出的红外光连接到位于设备掩体中的单光子探测器。

COTS单光子探测器感应光纤器件传输的红外光;当光子撞击探测器时，电脉冲被发送到基于现场可编程门阵列（FPGA）的接收器进行处理。

基于 COTS FPGA 的接收器完成了 RealTOR 系统的最终角色。在接收到来自单光子探测器的电脉冲后，接收器将脉冲解码为NASA可读的可测量数据。

基于 COTS FPGA 的发射器通过使地面站能够向遥远的航天器发送光通信，与地球到空间通信一起发挥作用。

RealTOR 系统设计用于接收串行级联脉冲位置调制 （SCPPM） 波形，符合 CCSDS HPE 标准，并使用多个单独耦合到 SNSPD 的光纤并行扩展至所需的数据速率。RealTOR系统旨在实时实现高达530 Mbps的数据速率，以支持戈达德地球物理和天文台（GGAO）的O2O低成本光终端（LCOT）演示，以及未来的光通信低成本地面站工作。

未来技术应用

RealTOR低成本接收器旨在增加光子计数光通信的使用，并在国际上注入CCSDS光通信HPE标准的使用。预计这一发展将提高地面光子计数光接收器的可靠性和可负担性，适用于政府和行业应用。

下载代码

https://sofTWare.nasa.gov/software/LEW-19882-1

https://software.nasa.gov/software/LEW-20090-1