- 日本團隊展示了地面鐳射脈沖追蹤高空通信平台的技術。
- 這是全球首次對平流層 HAPS 進行地面鐳射測距的演示。
- 未來 HAPS 通信系統需安裝光學收發器以傳輸數據。
- 軟銀的目標是建立三維通信網絡，連接地面用戶與基礎設施。
日本軟銀、法政大學及日本極地研究所展示了一種利用鐳射脈沖從地面跟蹤高空通信平台的方法，為未來地面、平流層及衞星之間的光學連接邁出了重要一步。此次演示使用了安裝於美國公司 Sceye 操作的 LTA 類型高空平台系統（HAPS）上的角反射器（CCR）。地面上的一套緊湊便攜的鐳射測距系統持續跟蹤 HAPS，並在該平台運行於平流層時檢測從反射器反射回來的鐳射脈沖。
軟銀表示，這是全球首次對平流層 HAPS 進行此特定形式的地面鐳射測距的演示，基於三個機構在 2026 年 9 月 8 日之前審查的公開資訊。
為何進行鐳射反射測試
為什麼要對 HAPS 進行鐳射反射？這項實驗聽起來比傳統鐳射通信演示簡單，因為 HAPS 並未通過光學終端發送數據，而是攜帶了一個被動反射器。CCR 設計用於將進入的光線無論以何種角度返回其源頭。通過將其安裝於 HAPS，研究人員可以測試地面站是否能夠持續獲取和跟蹤一個移動平台，將鐳射束指向該平台，並檢測極為微弱的返回信號。HAPS 平台運行於地球約 20 公里之上，其位置和方向不斷變化。
因此，通信系統需要定位飛行器，進行光學獲取，保持狹窄的鐳射束指向，並在其移動時維持跟蹤。軟銀將這一系列功能稱為指向、獲取及跟蹤（PAT）。此次 CCR 測試讓研究人員得以在全面安裝光學通信終端之前，檢視這些挑戰。
從鐳射測距到光學通信的演示於 2026 年 8 月 23 日及 24 日進行，之前在 8 月 22 日進行了初步觀測和軟件調整。HAPS 在高知縣的室戶岬附近水域運行。地面系統持續獲取並跟蹤 HAPS，同時向其 CCR 發送脈沖鐳射光束並接收反射信號。該實驗還生成了鐳射信號在地面與平流層之間傳輸時的衰減程度數據。這些大氣資訊有助於確定未來 HAPS 光學通信設備的要求，包括終端的安裝和運作方式。
該測試在技術上也具挑戰性，因為 CCR 反射的光束在非常狹窄的角度範圍內返回。軟銀表示，衞星鐳射測距所需的指向和接收跟蹤精度大約比傳統光學通信連接高一個數量級。
值得注意的是，實驗中使用的鐳射功率並不高，系統會在檢測到有載人飛機朝向 HAPS 的方向時停止傳輸。此次演示建立在先前工作之上，顯示光學通信能夠在平流層與地面之間運作。2005 年，德國航天中心的 STROPEX 實驗演示了從約 22 公里高度的平流層氣球向地面站進行的 1.25 Gbit/s 光學下行鏈路。美國海軍的太平洋海軍資訊戰中心也開發了平流層光學鏈路演示（SOLD），作為高空氣球實驗以降低光學通信技術的風險。
軟銀的做法有所不同，並非在光學終端與地面之間發送通信數據，而是創建了一條往返的鐳射路徑：地面 → HAPS → 地面。
未來通信系統的發展方向
下一步是與光進行連接。CCR 本身無法傳輸數據，因為它是被動的。未來的通信系統需要在 HAPS 上安裝光學收發器，能夠在保持與地面站或衞星的連接的同時傳輸和接收鐳射信號。軟銀表示，正在為其光學通信終端開發的跟蹤系統使用與鐳射測距系統相同的軟件架構，這意味著此次演示中的經驗可以轉移到下一階段。該公司的更廣泛目標是建立一個三維通信網絡，讓 HAPS 平台通過光學鏈接將地面用戶與基礎設施及潛在的低軌道衞星（LEO）連接起來，作為不同層級網絡之間的高容量連接。
軟銀已經與 Sceye 測試 HAPS 通信服務，包括智能手機連接，並朝著 2027 年以後潛在商業化的方向努力。此次最新演示解決了這種網絡必須解決的基本問題：可靠地尋找、跟蹤並維持與高空 20 公里移動平台的鐳射鏈接。
項目 規格 HAPS 類型 LTA 運行高度 約 20 公里 鐳射傳輸速率 1.25 Gbit/s
鐳射脈沖技術的潛在影響
這項技術的成功展示標誌著光學通信在高空平台的應用邊界進一步拓展。透過鐳射脈沖追蹤，研究人員能夠克服高空移動平台的跟蹤挑戰，為未來的通信系統奠定基礎。隨著技術的發展，將有助於提升地面與平流層及低軌道衛星之間的連接能力，進而促進更高效的數據傳輸和通信網絡的建立。這對於未來的通信基礎設施發展具有重要意義。