HAPS 通信网络：关于与光学大气感知集成的教程性综述
光学
2025-11-11 v1
摘要
高空平台站（High-Altitude Platform Stations, HAPS）正在成为未来非地面网络（non-terrestrial networks, NTNs）的关键启用技术，支持千兆级光学自由空间（free-space optical, FSO）后备链路，同时托管激光制导感知有效载荷。本教程性综述 reviews 最近在 HAPS 光学通信及其与大气遥感集成的最新进展。尽管存在多种感知技术，但鉴于其范围分辨灵敏性、光谱选择性及与 HAPS 约束条件的兼容性，微分吸收激光（Differential Absorption Lidar, DIAL）被确定为最具前景的技术。为在 HAPS 上实现电信带宽 DIAL 与高吞吐 FSO 系统的集成，勘画了实现路径。该文分析了 HAPS 相对于陆基和卫星节点的建筑学与大气优势，强调其在空间-时间覆盖、驻留能力以及对紧凑型激光有效载荷（如 DIAL、现场传感器和多光谱成像仪）的支持。它突出了在共享的光学和电源框架内实现感知与通信共存的可行性，尤其是在电信 C 带（1.53-1.57 μm），可实现 CO2、CH4、N2O、H2S、O3 等温室气体检索，同时保持多 Gbps 下行链路。识别了适合的 HAPS 架构（气球、无人机、气垫舰）和应用场景，其中集成感知与通信（ISAC）使 HAPS 在卫星和无人机之外表现更佳，包括温室气体监测、灾后应急、空气质量制图及 6G NTN 扩展等。2005-2025 年的文献调查显示，HAPS 论文自 2014 年起增长了三倍，表明其快速发展。结果表明，光学硬件、有利的传输窗口以及活跃的研发正在将 HAPS 定位为面向 6G ISAC 通信和环境观测的持久天空层。
引用
@article{arxiv.2511.05877,
title = {HAPS Communication Networks: A Tutorial-cum-Survey on Integration with Optical Atmospheric Sensing},
author = {Ali Elkhazraji and Mohamed-Slim Alouini and Aamir Farooq},
journal= {arXiv preprint arXiv:2511.05877},
year = {2025}
}