1.2.3 日本

日本开始进行星地光通信研究的时间较美国要晚一些，但是日本的研究进展迅速，并于1995年与美国喷气动力实验室一起实现了世界上首次星地光通信链路，从而证明了星地光通信是可行的。激光终端搭载的卫星平台是日本的ETS-VI卫星，于1994年8月28日发射。该卫星与JPL的光学地面站开展了地面―轨道飞行器间激光通信演示（Ground/Orbiter Lasercomm Demonstration,GOLD）试验。如图1-18所示，GOLD试验采用1个0.6 m和1个1.2 m望远镜，其中0.6 m望远镜用于1.024 Mbit/s上行信号光发射，调制方式为曼彻斯特伪随机码。激光通信终端的望远镜口径为75 mm，具备光束瞄准、捕获和跟踪能力，实现方式为单反射镜。下行发射光波长为830 nm，上行接收光波长为514.5 nm，采用硅基雪崩光电二极管（APD）作为通信接收器件。

图1-18 GOLD试验

日本航天局（JAXA）从1992年开始了名为OICETS的概念设计和可行性试验卫星计划，包括LUCE在内的初步设计在1994年完成。LUCE的工程样机集成后开展了热真空、电磁兼容性等环境适应性试验，随后研制的正样件也经过了相应的环境试验。2003年9月，Artemis卫星和日本的LUCE激光终端在西班牙借助光学地面站实现了光学捕获、跟踪和通信测试，验证了接口和流程的适配性。 OICETS卫星于2005年8月发射升空，轨道类型为太阳同步轨道，轨道高度为610 km，轨道倾角为97.8°。2005年12月，JAXA成功实现了世界上首次OICETS与Artemis卫星的星间双向激光通信试验，上行速率50 Mbit/s，下行速率2 Mbit/s，如图1-19所示。

图1-19 试验示意

为了验证星地激光通信的可用性，JAXA在2006年开展了 KODEN计划，旨在通过多个地面站降低大气湍流和天气的影响。整个试验分为5个阶段进行，前三个阶段分别在3月、5月、9月进行。这是首次低轨卫星对地激光通信试验。第一阶段采用多光束发射技术降低大气湍流强度起伏；第二阶段因为天气原因没有成功；第三阶段测试了上行和下行的通信误码率；第四阶段采用新的快反镜测试星地下行的单模光纤耦合效率，测试激光光束的大气传播特性，并且测试LDPC纠错码对上行链路性能的改善作用；第五阶段开展多个地面站联合通信的试验，成功和美国 JPL、欧洲航天局西班牙、德国宇航中心、日本 NICT 的4个光学地面站开展了联合通信试验，如图1-20所示。

图1-20 OICETS星地多站联合试验

NICT光学地面站试验时段一般安排在1:00-2:00，一共开展了57次建链通信试验，其中建链成功次数为28次，由于雨和云造成建链失败的次数为26次，操作失误3次。在4站联合试验时的各站成功概率见表1-1。

表1-1 4站联合星地通信试验结果

假设4个光学地面站是不相关的，多站联合建链概率可以表示为

根据式（1-1）计算的4站联合成功概率为0.990 3。因此通过多站联合提升星地链路可用度是可行的。

日本还开展了小型光学应答机（Small Optical Transponder,SOTA）的研制。该激光终端于2014年5月24日随SOCRACTES卫星发射升空，轨道高度628 km，轨道倾角97.69°，主要发射目的为在轨验证捕获，通信编译码等。SOTA 的主要技术参数见表1-2，光学头如图1-21所示。

表1-2 SOTA主要技术参数

图1-21 SOTA激光终端光学头