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    Xi'an Fang YuanMing Science and Technology Co.,Ltd.

紫外光通信 (Ultraviolet communication)

发布日期:(2014-12-22)   点击次数:2684

“Butterflies, or members of the Papilionoidea superfamily, use two ultraviolet signals, UV reflectance or absorbance as a communication system. The

ultraviolet region is the part of the electromagnetic spectrum between 10 nm and 400 nm in wavelength. Sensitivity to this region provides butterflies

several benefits such as nectar guides for nectar, but it also provides a private communication channel unavailable to predators.”

——(From Wikipedia)蝴蝶,或凤蝶总科家族的成员,使用两个紫外信号,紫外线反射或吸收作为通信系统。紫外线地区10 nm之间是电磁波谱的一部分,在波长400纳米。对这一地区的敏感性,给蝴蝶提供了许多好处比如花蜜花蜜指南,但它也提供了一个捕食者不可用的私人通信通道。

 

紫外光---一种波长比可见光短,但比X射线长的电磁辐射。紫外光在电磁波谱中范围波长为100-400 nm。这范围内开始于可见光的短波极限,而与X 射线的长波波长相重叠。紫外光被划分为A 射线、B 射线和C 射线(简称UVA、UVB 和UVC),波长范围分别为400-315nm,315-280nm,280-190nm。

紫外光通信系统。这种系统不易被探测和截收,适用于多种近距离抗干扰通信环境,尤其适用于特别行动和低裂度冲突,是满足战术通信要求的理想手段。

工程技术人员在工程中对紫外光指挥、控制和通信进行的试验表明,话音和数据性能很好,而且不受远方电子干扰的影响。同时,由于紫外光通信的作用距离受限于大气层,这使得对手即使在当地也很难截收紫外光通信信号。

紫外光传输的优点之一是系统的辐射功率可根据通信距离要求而减至最小,常规无线电设备不能探测或干扰采用紫外光技术的远方台站的通信。因为紫外光散射在大气层中,

故可用于1~2km的非视距通信,如果采用聚光方式,定向视距通信距离可达5~10km。

1.设备和技米规范
   
    紫外光通信系统的主要部件有灯,滤光器和遮太阳光检测器。紫外光系统除了光源和探测器外,其他全部采用现在通信系统中普遍采用的电子和机械部件,这些都是已经成熟的技术,可以组装成简单而又坚固的小型化系统,供机载、陆地和水面舰船通信用。

紫外光源是一只低压汞气稀有气体放电灯,它把20%的电能转换成253.6mm的辐射光。这种灯是现实制灯工业的标准灯,可以制成不同大小和形状,以满足多种规格的要求。灯中还可适当设置反光镜,以增强光源亮度实现对某个位置的定向辐射。

如果把一只管灯做成环状,环中央有一个反射面,大部分能量就会辐射到很宽的范围。如果把它安装在直升机顶上,它就可以起紫外光发射机的作用。

通信系统的电子电路把话音或数字数据信号转换成曼彻斯特自同步脉冲数据编码流。这种数据脉冲触发灯激励器使灯闪亮,传话音时闪亮速度平均为20kHz,传送数字则低些。

紫外光系统用一个遮太阳光光电倍增管作光探测器。用一个250~270nm带通滤光器屏蔽光探测器,使其免受波长大于270nm的太阳残余辐射的影响。在近距离通信中,遮太阳光光电倍增管和滤光器可以直接使用。远程通信时需要将光电倍增管装在聚光镜中,以增强控制器的灵敏度。电子接收机用解码器把收到的信号转换成明文或音频输出。

各种紫外光通信系统由于用途不同,其要求和技术指标也不一样,但这些系统有一些共性的要求。一般说来,这些通用系统的技术规范为大功率远距离和小功率近距离两种。

前一种主要为固定安装使用,后一种则强调轻便和移动性。

接收机用一个15.24cm口径反光镜实现探测器的高灵敏度,设备构成没有诸多限制条件,能满足大多数要求。在距离为2~10km、数据速率为4800bit/s时,该系统的误码率能达到1×l0-6。紫外光系统的话音通信频率通常为19.2kHz。通信距离取决于气候和辐射功率的大小,大气中的臭氧量、烟雾量和含尘量越高,光的闪射就越严重,通信距离也就越

近。

2.系统主要性能

紫外光通信系统的特殊性能使它成为理想的隐蔽通信手段。系统辐射的信号扩散在大气层中被大气吸收,信号强度按指数规律衰减。这也就是说,如果一个紫外光通信系统的通信为2km,那么在3km处就探测不到信号。要干扰强紫外光散射是不可能的,因为信号场强的指数衰减是距离的函数。

在隐蔽行动过程中,要完成预定的任务用常规无线电通信很难做到不被敌方发现,装有良好电子战设备的敌人,在离行动地点相当远的地方就能截收和监听参与行动的各个人员之间的通信,据此确定他们的位置和可能的行动。更高频率的无线电通信可能不易被探测和截收,但只能进行视距通信,不能适应多种地形环境。

光发射机发出的紫外光能照射与光接收机视野相交的大气空间,绝大部分紫外光通过大气层的微小颗粒散射到接收机的视野区,并被接收机的天线接收。

单信道紫外光传播系统可供参与巡逻或作战的各成员之间进行明语对话,并保持不被发觉,除非处于采用紫外光探测器的发射机附近。

3. 部分应用

紫外光通信系统可用于包括一个按编队超低空飞行的直升机小队。他们可以不分昼夜地用紫外光进行内部安全通信。直升机驾驶员知道他们的通信不会被敌人探测,故可向他们的地勤人员传送话音或数据。

使用紫外光通信系统的每架飞机都装备有一套收发信机,发射机以水平方向辐射光信号,收信机则面朝天安装,以收集散射到它的视野区内的紫外光信号。若采用这种系统方案,全小队的飞机都可收到相同的通信信号,还有一种方案是在这种方案的基础上引申出来的,可用于与地面部队通信。

在城区或地形复杂的地区巡逻的小分队,如果视距通信实现不了,也可以用紫外光通信系统传递秘密信息,以协调地面行动。

常规战术作战也可由通信方舱之间的近距离数据通信来支援(现在都采用电缆通信),这种新的紫外光通信将减轻后勤部的电缆负担和节省收放电缆需要的时间,方舱到方舱的紫外光通信线路将大大减少通信设备和线路的开设及拆除时间。

方舱之间采用紫外光通信方案类似于直升机的应用方案。发射系统按水平方向从每个方舱辐射紫外光。接收机则面朝天收集光信号。另一种方案是在每个方舱配两套收发信机进行定向通信,但每条数据线路仍然以非视距方式通信,以克服方舱之间树木之类障碍物的影响,定向辐射与散射相比
,能大大增强对方接收机处的信号强度,用这种空间隔离法可建立两个方舱之间的通信信道,多信道通信则要通过空间分集来实现。
   
    当舰队必须保持无线电寂静时,可用紫外光通信系统来提供舰船之间的近距离通信,此外,紫外光技术还可用于改进舰载飞机的惯性导航系统。
像其他紫外光通信方式一样,航母飞行甲板通信系统将同时沟通航母通信与所有飞机之间的通信,光发射机安装在航母的舰桥上,以水平方式向甲板辐射紫外光信号,每架飞机上装有一台小型轻便接收机,面朝天安装,以收集散射在大气层中的脉冲编码惯性导航数据,光发射机发出的紫外光具有散射和同播特性,能照射整个飞行 甲板,这样飞机可以自由移动,并能同时接收数据。


 
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