日本团队成功展示地面激光脉冲追踪高空通信平台技术

日本软银、法政大学及日本极地研究所展示了一种利用激光脉冲从地面跟踪高空通信平台的方法，为未来地面、平流层及卫星之间的光学连接迈出了重要一步。此次演示使用了安装于美国公司 Sceye 操作的 LTA 类型高空平台系统（HAPS）上的角反射器（CCR）。地面上的一套紧凑便携的激光测距系统持续跟踪 HAPS，并在该平台运行于平流层时检测从反射器反射回来的激光脉冲。

软银表示，这是全球首次对平流层 HAPS 进行此特定形式的地面激光测距的演示，基于三个机构在 2026 年 9 月 8 日之前审查的公开信息。

为何进行激光反射测试

为什么要对 HAPS 进行激光反射？这项实验听起来比传统激光通信演示简单，因为 HAPS 并未通过光学终端发送数据，而是携带了一个被动反射器。CCR 设计用于将进入的光线无论以何种角度返回其源头。通过将其安装于 HAPS，研究人员可以测试地面站是否能够持续获取和跟踪一个移动平台，将激光束指向该平台，并检测极为微弱的返回信号。HAPS 平台运行于地球约 20 公里之上，其位置和方向不断变化。

因此，通信系统需要定位飞行器，进行光学获取，保持狭窄的激光束指向，并在其移动时维持跟踪。软银将这一系列功能称为指向、获取及跟踪（PAT）。此次 CCR 测试让研究人员得以在全面安装光学通信终端之前，检视这些挑战。

从激光测距到光学通信的演示于 2026 年 8 月 23 日及 24 日进行，之前在 8 月 22 日进行了初步观测和软件调整。HAPS 在高知县的室户岬附近水域运行。地面系统持续获取并跟踪 HAPS，同时向其 CCR 发送脉冲激光光束并接收反射信号。该实验还生成了激光信号在地面与平流层之间传输时的衰减程度数据。这些大气信息有助于确定未来 HAPS 光学通信设备的要求，包括终端的安装和运作方式。

该测试在技术上也具挑战性，因为 CCR 反射的光束在非常狭窄的角度范围内返回。软银表示，卫星激光测距所需的指向和接收跟踪精度大约比传统光学通信连接高一个数量级。

值得注意的是，实验中使用的激光功率并不高，系统会在检测到有载人飞机朝向 HAPS 的方向时停止传输。此次演示建立在先前工作之上，显示光学通信能够在平流层与地面之间运作。2005 年，德国航天中心的 STROPEX 实验演示了从约 22 公里高度平流层气球向地面站进行的 1.25 Gbit/s 光学下行链路。美国海军的太平洋海军信息战中心也开发了平流层光学链路演示（SOLD），作为高空气球实验以降低光学通信技术的风险。

软银的做法有所不同，并非在光学终端与地面之间发送通信数据，而是创建了一条往返的激光路径：地面 → HAPS → 地面。

未来通信系统的发展方向

下一步是与光进行连接。CCR 本身无法传输数据，因为它是被动的。未来的通信系统需要在 HAPS 上安装光学收发器，能够在保持与地面站或卫星连接的同时传输和接收激光信号。软银表示，正在为其光学通信终端开发的跟踪系统使用与激光测距系统相同的软件架构，这意味着此次演示中的经验可以转移到下一阶段。该公司的更广泛目标是建立一个三维通信网络，让 HAPS 平台通过光学链接将地面用户与基础设施及潜在的低轨道卫星（LEO）连接起来，作为不同层级网络之间的高容量连接。

软银已经与 Sceye 测试 HAPS 通信服务，包括智能手机连接，并朝着 2027 年以后潜在商业化的方向努力。此次最新演示解决了这种网络必须解决的基本问题：可靠地寻找、跟踪并维持与高空 20 公里移动平台的激光链接。

项目	规格
HAPS 类型	LTA
运行高度	约 20 公里
激光传输速率	1.25 Gbit/s

激光脉冲技术的潜在影响

这项技术的成功展示标志着光学通信在高空平台的应用边界进一步拓展。通过激光脉冲追踪，研究人员能够克服高空移动平台的跟踪挑战，为未来的通信系统奠定基础。随着技术的发展，将有助于提升地面与平流层及低轨道卫星之间的连接能力，进而促进更高效的数据传输和通信网络的建立。这对于未来的通信基础设施发展具有重要意义。