СИСТЕМА ОПТИЧЕСКОЙ СВЯЗИ Российский патент 2021 года по МПК H04B7/00 

Изобретение относится к технике оптической связи и передачи информации и может быть использовано для организации связи между различными подвижными и стационарными наземными, надводными, воздушными и подводными объектами.

Известны системы оптической связи, обеспечивающие обмен информацией между наземными, воздушными и подводными объектами, состоящие из передающего канала, включающего в себя источник излучения в виде светодиода или лазера и оптическую систему, формирующую оптический пучок или импульс заданной формы, и из приемного канала, включающего в себя объектив и фотоприемник в виде линейки или матрицы чувствительных элементов [1. Патент RU 2703797 от 05.02.2019; 2. Патент RU по заявке №2012143834 от 15.10.2012; 3. Патент RU 2451397 от 14.10.2009; 4. Патент RU 2696626 от 25.10.2018].

Наиболее близким к заявляемой системе оптической связи является приемо-передающее устройство по патенту RU 2696626 от 25.10.2018, содержащее передающий канал, состоящий из формирующей оптической системы, в фокальной плоскости которой расположены лазерные излучатели (лазерные диоды), и приемный канал, содержащий расположенные один за другим фокусирующий объектив и фотоприемник.

Общим недостатком аналогов и прототипа является низкая помехозащищенность при работе в дневных условиях, характеризуемых высоким уровнем фотонного шума, обусловленного фоновым солнечным излучением, и демаскировка факта оптической связи в видимом диапазоне оптического излучения.

Задача изобретения - улучшение помехозащищенности системы оптической связи и обеспечение скрытности факта ее работы от визуального обнаружения.

Технический результат достигается за счет того, что в системе оптической связи, содержащей передающий канал, состоящий из формирующей оптической системы, в фокальной плоскости которой расположен дискретный набор лазерных излучателей, и приемный канал, содержащий расположенные один за другим фокусирующий объектив и фотоприемник, лазерные излучатели (один или несколько) выполнены перестраиваемыми по длине волны, каждый из которых генерирует оптическое излучение на длине волны, соответствующей одной из фраунгоферовых линий поглощения, в передающий канал введен блок управления длиной волны лазерных излучателей, а в приемный канал введен один или несколько узкополосных фильтров, каждый из которых пропускает излучение в узком спектральном диапазоне, причем максимальное значение коэффициента пропускания фильтра соответствует длине волны одной из фраунгоферовых линий поглощения, при этом излучение лазера, узкополосный фильтр и фотоприемник согласованы по спектральному диапазону работы. Для обеспечения скрытности передающий и приемный каналы работают в инфракрасном и/или в ультрафиолетовом диапазоне оптического излучения на длинах волн, соответствующих фраунгоферовым линиям поглощения. При этом модулирующий сигнал может быть звуковым, сверхвысокочастотным или какого-либо другого диапазона спектра электромагнитных волн.

Фраунгоферовы линии поглощения (ФЛП) - это линии поглощения в спектре солнечного излучения, возникающие в результате поглощения излучения определенных длин волн из сплошного солнечного спектра излучения химическими элементами, составляющими атмосферу Солнца (фотосферу) [Мартынов Д.Я. Курс практической астрофизики. - М.: Наука, 1977. - 344 с; Бахшиев Н.Г. Введение в молекулярную спектроскопию. -Л.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1974. - 183 с.]. Излучение длин волн, соответствующих линиям поглощения Фраунгофера, отсутствует в спектре солнечного излучения, доходящего до земной поверхности и отражаемого ею. Прием сигналов на длинах волн, соответствующих фраунгоферовым линиям поглощения, сводит к минимуму (практически к нулю) уровень фотонного шума в виде фонового солнечного излучения) в смеси с принимаемым сигналом, являющегося основным видом шума, затрудняющим прием оптических сигналов при распространении в атмосфере в дневных условиях, и обеспечивает максимально возможное значение отношения мощности принимаемого сигнала к среднеквадратическому значению мощности шума на выходе фотоприемной матрицы. В таблице в качестве примера приведены данные о некоторых перестраиваемых по длине волны лазерах с указанием диапазонов перестройки длины волны и о фраунгоферовых линиях поглощения с указанием соответствующих им длин волн оптического излучения и поглощающих химических элементов.

Заявляемое изобретение иллюстрируется функциональной схемой, изображенной на чертеже.

Функциональная схема включает в себя следующие функциональные элементы (см. чертеж): 1 - перестраиваемый по частоте лазер (передатчик); 2 - блок управления длиной волны; 3 - формирующая оптическая система; 4 - источник информационного (модулирующего) сигнала; 5 - модулятор оптического излучения; 6 - канал связи (слой атмосферы между передающим 1 и приемным каналами); 7 - узкополосный оптический фильтр; 8 - объектив; 9 - приемник оптического излучения (ПОИ); 10 - усилитель; 11 - демодулятор; 12 - устройство воспроизведения и хранения информации, - при этом на оптический вход 1₅ модулятора 5 поступает лазерное (импульсное или непрерывное) излучение, а на модулирующий вход 2₅ модулятора 5 - информационный сигнал от источника 4; узкополосный фильтр 7, объектив 8 и ПОИ 9 расположены один за другим и связаны оптически, а электрический выход ПОИ 9 электрически связан с последовательно расположенными усилителем 10, демодулятором 11 и устройством воспроизведения и хранения информации 12.

Заявляемая система оптической связи работает следующим образом.

Лазерное излучение на длине волны, соответствующей линии поглощения Фраунгофера и заданной блоком управления 2 от излучателя 1 через формирующую оптическую систему 3 в виде сформированного оптического сигнала 1₅ поступает на вход модулятора 5, где модулируется одним из известных методов модуляции модулирующим сигналом 2₅, поступающим из источника информации 4 на модулирующий вход модулятора 5. Пройдя среду распространения в виде слоя атмосферы 6 лазерное излучение поступает через узкополосный фильтр 7 и объектив 8 на фотоприемник 9, который преобразует лазерное излучение в электрический сигнал. После усиления в усилителе 10 и выделения информационного сигнала в демодуляторе 11 информационный сигнал поступает в устройство 12 для воспроизведения и хранения. Лазерный излучатель 1, узкополосный фильтр 7 и фотоприемник 9 взаимно согласованы по спектральным диапазонам пропускания и чувствительности. Блок управления длиной волны 2 формирует заданное значение длины волны в зависимости от состояния атмосферного канала связи, которое учитывается оператором.

Благодаря применению оптического излучения на длинах волн, соответствующих фраунгоферовым линиям поглощения, для передачи информации достигают максимально возможного значения отношения сигнал/фотонный шум на выходе приемного канала системы оптической связи.

Технический результат заключается в улучшении помехозащищенности и в обеспечении скрытности факта работы системы оптической связи.

Изобретение относится к технике оптической связи и передачи информации и может быть использовано для организации связи как между различными подвижными и стационарными наземными объектами, так и между объектами типа «летательный аппарат - земля». Технический результат состоит в повышении помехозащищенности системы оптической связи и обеспечении скрытности факта ее работы от визуального обнаружения. Для этого в системе оптической связи, содержащей передающий канал, состоящий из формирующей оптической системы, в фокальной плоскости которой расположены лазерные излучатели, и приемный канал, содержащий расположенные один за другим фокусирующий объектив и фотоприемник, лазерные излучатели выполнены перестраиваемыми по длине волны, каждый из которых генерирует оптическое излучение на длине волны, соответствующей одной из фраунгоферовых линий поглощения, в передающий канал введен блок управления длиной волны лазерных излучателей, а в приемный канал введен один или несколько узкополосных фильтров, каждый из которых пропускает излучение в узком спектральном диапазоне, причем максимальное значение коэффициента пропускания фильтра соответствует длине волны одной из фраунгоферовых линий поглощения, при этом излучение лазера, узкополосный фильтр и фотоприемник согласованы по спектральному диапазону работы. Передающий и приемный каналы работают в инфракрасном и/или в ультрафиолетовом диапазоне оптического излучения на длинах волн, соответствующих фраунгоферовым линиям поглощения. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Система оптической связи, содержащая передающий канал, состоящий из формирующей оптической системы, в фокальной плоскости которой расположены лазерные излучатели, и приемный канал, содержащий расположенные один за другим фокусирующий объектив и фотоприемник, отличающаяся тем, что лазерные излучатели выполнены перестраиваемыми по длине волны, каждый из которых генерирует оптическое излучение на длине волны, соответствующей одной из фраунгоферовых линий поглощения, в передающий канал введен блок управления длиной волны лазерных излучателей, а в приемный канал введен один или несколько узкополосных фильтров, каждый из которых пропускает излучение в узком спектральном диапазоне, причем максимальное значение коэффициента пропускания фильтра соответствует длине волны одной из фраунгоферовых линий поглощения, при этом излучение лазера, узкополосный фильтр и фотоприемник согласованы по спектральному диапазону работы.

2. Система оптической связи по п. 1, отличающаяся тем, что для обеспечения скрытности передающий и приемный каналы работают в инфракрасном и/или в ультрафиолетовом диапазоне оптического излучения на длинах волн, соответствующих фраунгоферовым линиям поглощения.

3. Система оптической связи по п. 1, отличающаяся тем, что лазерный излучатель согласован по длине волны с диапазоном спектрального пропускания узкополосного оптического фильтра и с диапазоном спектральной чувствительности фотоприемника.

4. Система оптической связи по п. 1, отличающаяся тем, что модулирующий сигнал может быть звуковым, сверхвысокочастотным или сигналом какого-либо другого диапазона спектра электромагнитных волн.