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星地激光通信大气信道可用度

激光通信相对微波通信，数据传输速度更快，保密性更好。我国在国家十三五规划中提出了建设天地一体化激光通信网络系统，目前正逐步从战略规划向实际建设方向发展。星地激光通信受到大气衰减、大气湍流、背景辐射等因素的严重影响,因此需要准确测量和预报大气信道的特性参数。如灾害天气条件导致地面站设备无法启用；云层遮挡造成通信链路中断；大气吸收和散射造成的衰减引起的信号功率平均减弱；大气湍流引起的光强闪烁造成接收功率的变化和激光通信误码率恶化；相位畸变造成的激光的散斑效应将引起PAT（指向、捕获、跟踪）单元的跟踪精度下降和光纤耦合效率的下降；天空背景光、太阳直射等导致捕获、跟踪、通信系统整体性能下降；大气偏振扰动将引起相干激光通信系统的混频效率下降；大气偏折效应将引起PAT单元的对准精度等等，都对激光信号的传输与通信造成影响，成为制约高速星地激光通信发展与应用的技术瓶颈。

星地激光通信大气信道可用度

1.灾害天气条件

灾害天气条件是指大风、暴雨、暴雪、冰雹、雷电、台风、大雾、寒潮、雾霾、沙尘暴等恶劣天气。出现灾害天气时，无法进行星地激光通信，同时需要对地面望远镜进行保护。大风、暴雨、暴雪、冰雹、台风、大雾、寒潮、雾霾等天气，通过关闭圆顶保护望远镜。雷电出现时设备需要断电。在沙尘暴天气出现的前后，都需要对望远镜进行保护，沙尘暴会损伤望远镜镜面，影响使用寿命和性能。
2.云量
云层遮挡会造成通信中断。星地激光通信链路的最大障碍是云层遮挡，云层遮挡会引起链路功率严重衰减，导致的通信链路中断；薄云也会引起链路性能下降（误码率增加）。云层的多路径散射效应还存在较大的码间串扰，影响通信速率。星地激光通信链路需要尽量避开云层影响。
3.大气吸收和散射
光波在大气中传播时，大气气体分子及气溶胶的吸收和三散射会引起光束能量衰减。不同波段的大气透过率不同，适合激光通信的波段有0.85μm、1.06μm、1.55μm、10.6μm等。在设计星地激光通信系统时，应该选择大气窗口中的波段，从而减小大气吸收产生的激光功率衰减。
4.大气湍流
大气湍流的影响包括光束扩展、光束漂移、到达角起伏、光强闪烁等，这些效应是影响大气信道内空间激光通信系统性能的重要因素。光强起伏使得到探测器上的光信号强度发生变化，影响接收机的阈值判决。
5.天空背景亮度
天空背景光是穿透地球大气层的太阳光以及其到达地面后产生的反射光在大气介质的作用下发生散射和折射现象。天空背景光是空间激光通信系统中近地面通信链路的主要背景辐射来源，也是唯一不可避开的背景辐射源。天空背景光源自太阳的辐射，其光谱与太阳光谱相似。
6.大气折射
由于大气的密度不均匀分布，大气折射率系数随高度逐渐减小。当不同波长的激光准直光束穿过斜程大气信道时，将产生微小的角度偏离，这就是大气折射。激光通信的信标光和通信光波长不同，它们穿越斜程大气信道后，大气折射导出存在一定的角度差。
2017年5月，CCSDS（国际空间数据系统咨询委员会）发布了专门报告，提出激光通信大气信道监测的几种关键设备：大气相干长度仪、太阳辐射计、全天空云量仪、云高仪等。
为了获取最好的星地激光通信大气信道可用度，可通过天文选址，找到最合适的地面站位置：云量少、大气湍流条件好、没有极端天气和沙尘暴、海拔高度适中和必要的保障条件等。通过监测和预报地面站的大气信道可用度条件，采用多站联合的方式，选择最合适星地链路，可获得更好的星地数据传输效率。

星地激光通信大气信道可用度

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