СПОСОБ И СИСТЕМА ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ ПО ОПТИЧЕСКОМУ КАНАЛУ МЕЖДУ ПРИЕМНИКОМ И ПЕРЕДАТЧИКОМ С ПОМОЩЬЮ ИЗЛУЧЕНИЯ ЛАЗЕРА-МАЯКА Российский патент 2022 года по МПК H04B10/11 H04B10/77 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0001] Заявленное техническое решение в общем относится к области вычислительной техники, а в частности к квантовой криптографии и средствам для передачи информации по оптическому каналу между приемником и передатчиком с помощью излучения лазера-маяка.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] Из уровня техники известны и используются различные системы для оптической передачи данных от орбитальной станции (спутника), летящей на околоземной орбите, на оптические земные терминалы. Первичной функцией этих систем является надежная передача данных от источника данных на оптический земной терминал.

[0003] Спутники на околоземной орбите имеют контакт связи в пределах прямой видимости с оптическим земным терминалом в течение ограниченного промежутка времени при каждом пролете спутника. Поэтому важное значение имеет достигнутая скорость в канале связи между приемником и передатчиком, так как большое количество данных необходимо передать на оптический земной терминал в течение короткого промежутка времени при пролете спутника.

[0004] Более того, так как контакт связи в пределах прямой видимости прерывается после короткого промежутка времени пролета спутника и может быть восстановлен только при следующем пролете спутника после дополнительного витка (или вообще не восстановлен), то надежность передачи имеет первостепенное значение.

[0005] Недостатком известных решений в данной области техники является низкая скорость передачи между приемником и передатчиком.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0006] В заявленном техническом решении предлагается новый способ и система для передачи информации по оптическому каналу между приемником и передатчиком с помощью излучения лазера-маяка.

[0007] Техническим результатом, достигающимся при решении данной проблемы, является повышение скорости передачи информации по оптическому каналу между приемником и передатчиком с помощью излучения лазера-маяка.

[0008] Указанный технический результат достигается благодаря осуществлению способа передачи информации по оптическому каналу между приемником и передатчиком с помощью излучения лазера-маяка, содержащего этапы, на которых:

- устанавливают взаимную ориентацию приемника и передатчика при помощи излучения лазер-маяка;

- модулируют излучение лазера-маяка, при этом излучение содержит передаваемую информацию;

- направляют смодулированное излучение на фотоматрицу;

- удерживают данное излучение на приемных фотодиодах;

- отводят часть излучения от фотоматрицы;

- направляют отведенное излучение на быстродействующий фотодиод;

- считывают полученную информацию, переданную по отведенному излучению.

[0009] В одном из частных вариантов реализации способа излучение лазера-маяка модулируется на высоких частотах.

[0010] В другом частном варианте реализации способа направляют отведенное излучение на быстродействующий фотодиод с помощью отдельного телескопа или коллиматора, или линзы.

[0011] В другом частном варианте реализации способа излучение лазера-маяка формируется из двух поляризаций.

[0012] В другом частном варианте реализации способа излучение лазера-маяка производится из нескольких лазеров каждый из которых работает на заданной длине волны излучения.

[0013] В другом частном варианте реализации способа осуществляют модуляцию каждой длины волны излучения.

[0014] В другом частном варианте реализации способа каждая длинна волны излучения состоит из двух поляризаций.

[0015] В другом частном варианте реализации способа отведение части излучения от фотоматрицы осуществляется с помощью полупрозрачного зеркала.

[0016] В другом частном варианте реализации способа передача информации по оптическому каналу производится между орбитальным спутником и наземной станцией.

[0017] В другом частном варианте реализации способа передача информации по оптическому каналу производится между орбитальными спутниками.

[0018] Также указанный технический результат достигается благодаря осуществлению системы передачи информации по оптическому каналу между приемником и передатчиком с помощью излучения лазера-маяка, содержащей:

приемник и передатчик на которых установлены: по меньшей мере одни лазер-маяк; блок модуляции излучения; фотоматрица;

приемные фотодиоды;

быстродействующие фотодиоды;

причем

- при обмене данными устанавливают взаимную ориентацию приемника и передатчика при помощи излучения лазер-маяка;

- модулируют излучение лазера-маяка, при этом излучение содержит передаваемую информацию;

- направляют смодулированное излучение на фотоматрицу;

- удерживают данное излучение на приемных фотодиодах;

- отводят часть излучения от фотоматрицы;

- направляют отведенное излучение на быстродействующий фотодиод;

- считывают полученную информацию, переданную по отведенному излучению.

[0019] В другом частном варианте реализации системы излучение лазера-маяка модулируется на высоких частотах.

[0020] В другом частном варианте реализации системы направляют отведенное излучение на быстродействующий фотодиод с помощью отдельного телескопа или коллиматора, или линзы.

[0021] В другом частном варианте реализации системы излучение лазера-маяка формируется из двух поляризаций.

[0022] В другом частном варианте реализации системы излучение лазера-маяка производится из нескольких лазеров каждый из которых работает на заданной длине волны излучения.

[0023] В другом частном варианте реализации системы осуществляют модуляцию каждой длины волны излучения.

[0024] В другом частном варианте реализации системы каждая длинна волны излучения состоит из двух поляризаций.

[0025] В другом частном варианте реализации системы отведение части излучения от фотоматрицы осуществляется с помощью полупрозрачного зеркала.

[0026] В другом частном варианте реализации системы передача информации по оптическому каналу производится между орбитальным спутником и наземной станцией.

[0027] В другом частном варианте реализации системы передача информации по оптическому каналу производится между орбитальными спутниками.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0028] Признаки и преимущества настоящего изобретения станут очевидными из приводимого ниже подробного описания изобретения и прилагаемых чертежей.

[0029] Фиг. 1 иллюстрирует уровень техники.

[0030] Фиг. 2 иллюстрирует блок-схему выполнения заявленного способа.

[0031] Фиг. 3 иллюстрирует пример выполнения заявленной системы.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0032] Лазерная связь находит широкое применение для передачи информации, как внутри города, так и на больших масштабах вплоть до спутниковой связи.

[0033] Для оптической (лазерной) связи между двумя объектами, хотя бы один из которых расположен на мобильной платформе (или оба) требуется взаимная ориентация друг на друга, так чтобы лазерный луч от передатчика светил на приемник.

[0034] Если связь двусторонняя, то необходимо чтобы лазерные информационные лучи от обоих объектов светили друг на друга. Для этого могут использоваться специальные лазеры-маяки, которые могут светить непрерывно или импульсно и обеспечивают помощь во взаимной ориентации друг на друга.

[0035] Особенно необходима точная ориентация для связи лазерными лучами с малой расходимостью (например, меньше 100 мкрад) для организации защищенной связи - с применением квантовой криптографии или при помощи узконаправленных пучков с диаметром луча на земной поверхности с диаметром менее 100 м.

[0036] После того, как с помощью лазеров-маяков обеспечивается взаимная ориентация, включаются информационные лазеры. Как правило, лазеры-маяки обладают выходной мощностью излучения выше, чем информационные и имеют расходимость больше, чем информационные лазеры.

[0037] Например, в [1] для организации связи между спутником и наземной приемной станцией (наземным приемным телескопом) информация передавалась на длине волны 850 нм. Для взаимной ориентации со спутника вниз светил лазер-маяк с импульсным излучением на длине волны 532 нм с частотой около 10 кГц, а снизу вверх от телескопа светил лазер-маяк с непрерывным излучением на длине волны 671 нм. Мощность лазера с 532 нм была 160 мВт, мощность лазера с 671 нм была 3 Вт и их расходимость около 1 мрад. Расходимость информационных лазеров была около 10 мкрад.

[0038] Оптическая связь, квантовая в том числе, между спутником и наземной приемопередающей станцией устанавливается следующим образом. Спутник (10) направляет излучение лазера-маяка (11) на наземный телескоп (20) (Фиг. 1). Телескоп (20) направляет излучение своего лазера-маяка (21) на спутник (10). Как только они взаимно зарегистрировали излучение маяка от партнера начинается передача информационного оптического сигнала, однофотонного для квантовой криптографии, в частности.

[0039] Излучение лазера-маяка можно модулировать, например, по амплитуде или другим способом, использовать это модулированное излучение для передачи информации. Таким образом, получая еще один дополнительный канал передачи информации на длине волны лазера-маяка.

[0040] Для установления взаимной ориентации, как правило, излучение лазера-маяка от объекта направляется на фотоматрицу и по этому изображению приемник и передатчик взаимно удерживают излучение информационных лазеров на приемных фотодиодах.

[0041] Фотоматрицы не чувствительны к быстрым изменениям излучения, поэтому модуляция излучения для передачи информации не помешает получению изображения лазера-маяка на фотоматрице.

[0042] Отводя часть излучения, например, с помощью дополнительного полупрозрачного зеркала, от фотоматрицы и направляя его на дополнительный быстродействующий фотодиод для приема информации, можно прочитать информацию, передаваемую в этом лазерном луче на высокой скорости.

[0043] Если лазер-маяк светит излучает непрерывное излучение, то можно модулировать это излучение и передавать информацию. Например, лазеры-маяки от наземной станции [1], [2] светят непрерывным излучением вверх по направлению к спутнику. Если это излучение модулировать информационной составляющей, то получается дополнительный канал связи при существующей оптической схеме узлов, что увеличивает скорость передачи данных.

[0044] Если лазер светит импульсами с невысокой частотой, как, например в [1] лазер-маяк светит со спутника вниз импульсами с частотой повторения 10 кГц, то можно модулировать излучение на высоких частотах (например, в сотни МГц и выше), выделяя в этой последовательности информационных сигналов необходимые для процесса взаимодействия приемника с передатчиком импульсы на частоте 10 кГц.

[0045] Как показано на Фиг. 2 заявленный способ передачи информации по оптическому каналу между приемником и передатчиком с помощью излучения лазера-маяка (100), состоит из следующих взаимосвязанных этапов.

[0046] На этапе (101) устанавливают взаимную ориентацию приемника и передатчика при помощи излучения лазера-маяка.

[0047] На данном этапе, излучение лазеров-маяков передатчика и приемника взаимно направляются друг на друга. Как только они взаимно зарегистрировали излучение лазера-маяка друг от друга, то сохраняют взаимную ориентации с помощью этих сигналов на все время сеанса связи и получают информацию о том, что можно передавать и получать информацию с помощь излучения лазеров-маяков.

[0048] Далее на этапе (102) модулируют излучение лазера-маяка, при этом излучение содержит передаваемую информацию. Модулирование излучения лазера-маяка выполняется для приема-передачи информации.

[0049] На этапе (103) смодулированное излучение направляется на фотоматрицу. Используя сигнал с фотоматрицы, включается система автоподстройки взаимного удержания приемника и передатчика для непрерывной лазерной связи во все время сеанса связи.

[0050] Полученное излучение на этапе (104) удерживается на приемных фотодиодах. Излучение от лазеров-маяков непрерывно удерживается на приемных фотодиодах для обеспечения функционирования лазерного канала связи в течении всего сеанса связи.

[0051] Далее на этапе (105) выполняется отведение части излучения от фотоматрицы, чтобы отведенная часть излучения направлялась на приемные фотодиоды для обеспечения сеанса лазерной связи.

[0052] На этапе (106) отведенное излучение направляется на быстродействующий фотодиод. Используя отведенное излучение, быстродействующие фотодиоды регистрируют модулированное излучение лазеров-маяков для получения передаваемой информации.

[0053] Информация, полученная по отведенному излучению, считывается на этапе (107). На данном этапе, используя сигнал с быстродействующих фотодиодов, участники сеанса лазерной связи, считывают информацию, которая содержится в модулированном излучении.

[0054] В способе (100) излучение лазера-маяка модулируется на высоких частотах. Отведенное излучение может направляться на быстродействующий фотодиод с помощью отдельного телескопа или коллиматора, или линзы. Также, отведение части излучения от фотоматрицы может осуществляться с помощью полупрозрачного зеркала.

[0055] Излучение лазера-маяка формируется из двух поляризаций. Излучение лазера-маяка производится из нескольких лазеров каждый из которых работает на заданной длине волны излучения.

[0056] Каждая длинна волны излучения может подвергаться модуляции и при этом состоять из двух поляризаций. Каждая поляризация может представлять из себя отдельный канал связи. Применение двух поляризаций на одной длине волны позволяет удвоить количество каналов связи.

[0057] В качестве передающей и принимающей стороны, между которыми происходит передача информации по оптическому каналу, может выступать орбитальный спутник и наземная станция, или обмен данными может происходить между двумя орбитальными спутниками.

[0058] На Фиг. 3 представлена система (200) передачи информации по оптическому каналу между приемником и передатчиком с помощью излучения лазера-маяка.

[0059] Заявленная система (200) содержит: приемник (201) и передатчик (202), на которых установлены: по меньшей мере одни лазер-маяк (203), выполненный с возможностью устанавливать взаимную ориентацию приемника и передатчика при помощи излучения; блок модуляции излучения (204), выполненный с возможностью модулирования излучения лазер-маяка; фотоматрица (205), выполненная с возможностью приема смодулированное излучение; приемные фотодиоды (206), выполненные с возможностью удержания излучения; быстродействующие фотодиоды (207), выполненные с возможностью приема отведенного излучения от фотоматрицы.

[0060] В системе (200) излучение лазера-маяка модулируется на высоких частотах. Отведенное излучение может направляться на быстродействующий фотодиод с помощью отдельного телескопа или коллиматора, или линзы.

[0061] Излучение лазера-маяка формируется из двух поляризаций. Излучение лазера-маяка производится из нескольких лазеров каждый из которых работает на заданной длине волны излучения.

[0062] Осуществляют модуляцию каждой длинны волны излучения. Каждая длинна волны излучения состоит из двух поляризаций.

[0063] Отведение части излучения от фотоматрицы осуществляется с помощью полупрозрачного зеркала.

[0064] Передача информации по оптическому каналу может производиться между орбитальным спутником и наземной станцией, также передача информации может производиться между орбитальными спутниками.

[0065] Представленные материалы заявки раскрывают предпочтительные примеры реализации технического решения и не должны трактоваться как ограничивающие иные, частные примеры его воплощения, не выходящие за пределы испрашиваемой правовой охраны, которые являются очевидными для специалистов соответствующей области техники.

Заявленное техническое решение в общем относится к области вычислительной техники, а в частности к квантовой криптографии и средствам для передачи информации по оптическому каналу между приемником и передатчиком с помощью излучения лазера-маяка. Техническим результатом, достигающимся при решении данной проблемы, является повышение скорости передачи информации по оптическому каналу между приемником и передатчиком с помощью излучения лазера-маяка. Указанный технический результат достигается благодаря осуществлению способа передачи информации по оптическому каналу между приемником и передатчиком с помощью излучения лазера-маяка, содержащего этапы, на которых: устанавливают взаимную ориентацию приемника и передатчика при помощи излучения лазер-маяка; модулируют излучение лазера-маяка, при этом излучение содержит передаваемую информацию; направляют смодулированное излучение на фотоматрицу; удерживают данное излучение на приемных фотодиодах; отводят часть излучения от фотоматрицы; направляют отведенное излучение на быстродействующий фотодиод; считывают полученную информацию, переданную по отведенному излучению. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ передачи информации по оптическому каналу между приемником и передатчиком с помощью излучения лазера-маяка, содержащий этапы, на которых:

- устанавливают взаимную ориентацию приемника и передатчика при помощи излучения лазера-маяка;

- модулируют излучение лазера-маяка, при этом излучение содержит передаваемую информацию;

- направляют смодулированное излучение на фотоматрицу;

- удерживают данное излучение на приемных фотодиодах;

- отводят часть излучения от фотоматрицы;

- направляют отведенное излучение на быстродействующий фотодиод;

- считывают полученную информацию, переданную по отведенному излучению.

2. Способ по п.1, характеризующийся тем, что излучение лазера-маяка модулируется на высоких частотах.

3. Способ по п.1, характеризующийся тем, что направляют отведенное излучение на быстродействующий фотодиод с помощью отдельного телескопа или коллиматора, или линзы.

4. Способ по п.1, характеризующийся тем, что излучение лазера-маяка формируется из двух поляризаций.

5. Способ по п.1, характеризующийся тем, что излучение лазера-маяка производится из нескольких лазеров, каждый из которых работает на заданной длине волны излучения.

6. Способ по п.5, характеризующийся тем, что осуществляют модуляцию каждой длины волны излучения.

7. Способ по п.5, характеризующийся тем, что каждая длина волны излучения состоит из двух поляризаций.

8. Способ по п.1, характеризующийся тем, что отведение части излучения от фотоматрицы осуществляется с помощью полупрозрачного зеркала.

9. Способ по п.1, характеризующийся тем, что передача информации по оптическому каналу производится между орбитальным спутником и наземной станцией.

10. Способ по п.1, характеризующийся тем, что передача информации по оптическому каналу производится между орбитальными спутниками.

11. Система передачи информации по оптическому каналу между приемником и передатчиком с помощью излучения лазера-маяка, содержащая:

приемник и передатчик, на которых установлены:

по меньшей мере один лазер-маяк;

блок модуляции излучения;

фотоматрица;

приемные фотодиоды;

быстродействующие фотодиоды;

причем

- при обмене данными устанавливают взаимную ориентацию приемника и передатчика при помощи излучения лазера-маяка;

- модулируют излучение лазера-маяка, при этом излучение содержит передаваемую информацию;

- направляют смодулированное излучение на фотоматрицу;

- удерживают данное излучение на приемных фотодиодах;

- отводят часть излучения от фотоматрицы;

- направляют отведенное излучение на быстродействующий фотодиод;

- считывают полученную информацию, переданную по отведенному излучению.

12. Система по п.11, характеризующаяся тем, что излучение лазера-маяка модулируется на высоких частотах.

13. Система по п.11, характеризующаяся тем, что направляют отведенное излучение на быстродействующий фотодиод с помощью отдельного телескопа или коллиматора, или линзы.

14. Система по п.11, характеризующаяся тем, что излучение лазера-маяка формируется из двух поляризаций.

15. Система по п.11, характеризующаяся тем, что излучение лазера-маяка производится из нескольких лазеров, каждый из которых работает на заданной длине волны излучения.

16. Система по п.15, характеризующаяся тем, что осуществляют модуляцию каждой длины волны излучения.

17. Система по п.15, характеризующаяся тем, что каждая длина волны излучения состоит из двух поляризаций.

18. Система по п.11, характеризующаяся тем, что отведение части излучения от фотоматрицы осуществляется с помощью полупрозрачного зеркала.

19. Система по п.11, характеризующаяся тем, что передача информации по оптическому каналу производится между орбитальным спутником и наземной станцией.

20. Система по п.11, характеризующаяся тем, что передача информации по оптическому каналу производится между орбитальными спутниками.