DARPA发布“天基自适应通信节点(Space-BACN)”计划,解决未来空间通信在轨互操作性问题

2021年9月14日,美国国防高级研究计划局(DARPA)发布了“天基自适应通信节点(Space-BACN)”技术领域1、2的计划征集(Program Solicitation,PS)。“天基自适应通信节点”是马赛克战目标状态愿景的重要组成部分。DARPA希望藉此寻求创新方法,应对多个技术领域的挑战,包括空间通信、星间光链路、可重构调制解调器、模块化组件、空间指挥控制。

“天基自适应通信节点”旨在克服目前和未来空间通信缺乏完全在轨互操作性的问题。处于不同采购阶段的新星座都在采购自己的单波形(single waveform)交链通信系统,实现星座互连,并满足其任务或业务目标的特定需求。这些单波形系统只能与支持该特定波形的系统通信,几乎完全由定制组件组成,也几乎没有可重配置能力。虽然大多数波形在相同频带内工作,但它们几乎在所有实现细节上都有所不同,包括具体波长、极化、时钟速率、空间捕获序列、调制格式、成帧和纠错编码等。随着每个星座都获得自己的单波形光星间链路(OISL),空间域已经严重分裂,'孤岛'频频出现。

“天基自适应通信节点”计划的目标是创造一种可重构、多协议、低尺寸、低重量、低功率和低成本(SWaP-C)的星间光通信终端。它易集成,并且能够连接在不同OISL规范上运行的异构星座——否则这些星座将无法通信。该终端将在低地球轨道平台上运行。简单来说,这个项目的目标是桥接烟囱和“连接空间”,并将使联合全域作战成为可能。

“天基自适应通信节点”的核心是一个可重构、多协议的低SWaP-C光网络。通信终端可以支持大多数目前和未来高达100Gbps的空间单波长波形,功耗不到100W,成本不到10万美元,可以很容易集成到大多数卫星上。从网络角度来看,终端是一个物理层和链路层设备(OSI堆栈的第1层和第2层)。这种终端可以在轨道上重新配置,跨不同标准进行通信。

“天基自适应通信节点”计划由三个技术领域(TA)组成,本次发布了领域1和领域2。

技术领域1(TA1):模块化、低SWaP-C光学孔径——通过单模光纤(SMF)将OISL前端与信号处理分开。

光学孔径将包括一个总体终端控制器——负责指向、捕获和跟踪(PAT)功能、终端指挥与遥测,以及发射(TX)光学放大和可选的接收(RX)低噪声光学放大。

为了实现灵活高速光通信所需的相干处理,光孔径必须将光耦合到SMF。这里的主要挑战包括在高度变化的热、冲击和振动环境中实现光的聚焦和稳定;在指定光带宽内的任意一对发射和接收波长上工作;并且适应多个PAT序列中的任何一个。传统用于空间的光学孔径非常昂贵并且只能少量生产。为了降低成本,“天基自适应通信节点”计划将实现光学组件的设计简化以及组装和调整自动化。TA1子系统可以由一个或多个不同组件组成。易集成性很重要,但如果有性能和/或SWaP-C优势,多组件实现也可以接受。

技术领域2(TA2):一种可重新配置的调制解调器,可以在单个波长上支持高达100Gbps的多种光波形。

迄今为止,高度可重配置的通信系统仅在射频(RF)域得到证明,该域的带宽和数据速率比光域低一个数量级。光通信和数字信号处理技术的最新进展使得100Gbps可重构空间终端已经触手可及。在光纤数据通信/电信领域,批量制造的集成光子电路催生了无处不在的低SWaP-C、高数据速率收发器。“天基自适应通信节点”将利用先进的集成技术,例如能够以“50+”GSPS(每秒千兆次采样)采样的模数/数模转换器、窄线宽可调谐激光器、光学同相和正交调制器以及均衡器。可重配置的调制解调器被设想为支持采样率限制内的多个波形,重点是当前和近期行业支持的波形。

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