介绍了紫外光通信的基本原理及特点
第7卷 第22期 2007年11月167121819(2007) 2225898204
科 学 技 术 与 工 程
Science Technol ogy and Engineering
Vol . 7 No . 22 Nov . 2007
Ζ 2007 Sci . Tech . Engng .
直升机集群紫外光通信系统
陈 晗
(国防科技大学光电科学与工程学院, 长沙410073)
摘 要 介绍了紫外光通信的基本原理及特点, 并针对目前无线电通信在战场中易被监听和截收的弱点, 提出了一种基于紫外光的新型直升机集群通信系统设计方案。通过分析, 讨论了影响通信系统的主要因素, 给出了若干可行性解决措施。关键词 紫外光通信系统 直升机集群 紫外光辐射 日盲区中图法分类号 T N23; 文献标志码
A
紫外光技术被广泛应用于医疗卫生、火灾探测、商业防伪等诸多民用领域。20世纪80来, 面的应用, , 其最突出的优点是, 非常适用于近距离抗干扰的通信环境, 在军事领域具有很高的实用价值。在直升机集群内部建立完善的军用紫外光通信系统, 可大大提高军用直升机的通信安全和战斗力。
日盲区”光谱和紫外, 使紫外光通信具有很好的保密性, 可进行非视距通信、抗干扰能力强、全天候工作、全方位性的特点。
(1) 数据通信的保密性高
系统辐射的紫外光通信信号扩散在大气层中被大气吸收, 信号的强度按指数规律衰减, 这种信号场强的指数衰减是距离的函数。这样, 就可以根据通信距离的要求来调整系统的辐射功率, 使其在非通信区域的辐射功率减至最小, 从而使敌方很难截获紫外光通信信号。
(2) 可用于非视距通信
由于大气中存在大量的粒子, 紫外辐射在传输过程中存在较大的散射现象, 这种散射特性使紫外光通信系统能以非视距方式传输信号, 从而能适应复杂的地形环境, 克服了其他自由空间光通信系统必须工作在可视距方式的弱点。
(3) 系统的抗干扰能力强
由于系统的辐射功率可根据通信距离要求而减至最小, 因此紫外光通信不容易受到常规无线电设备的干扰。
1 紫外光通信基本原理及特点
1. 1 基本原理
由于阳光中的紫外辐射源在通过地球大气层时会受到臭氧层对200～300n m (日盲区) 的紫外光的强烈的吸收作用, 使得这一波段的紫外辐射在海平面附近几乎衰减为零。紫外通信中以日盲区的光谱为载波, 利用发射端将信息信号调制加载在紫外光并发射出去。已调制的紫外光载波信号利用大气中粒子、气凝胶、灰尘等微粒对其散射作用到达接收端, 经光电转换和解调处理被提取出信息信号。
2007年7月27日收到
2 直升机集群紫外光通信系统的设计
紫外光通信系统可用于直升机群的内部安全
作者简介:陈 晗, 男, (1986—) , 汉族, 本科在读, 研究方向:光电探测技术。E 2mail:[email protected] 。
22期陈 晗:直升机集群紫外光通信系统
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通信, 系统主要包括发射机和接收机两大部分。在每架直升机上安装一套紫外通信收发系统, 发射机以水平方向辐射光信号, 接收机则安装在机身顶部, 以收集经散射在其视野内的紫外光信号, 如图1。直升机集群内部通信属于短距离通信系统, 在进
动下, 可把约60%的电能转换成波长为276nm 的辐射光。
2. 2 紫外光接收机
如图3所示, 紫外光接收系统由带通滤光器、光电倍增管和解调电路组成
。
行信号接收时无需采用自动瞄准接收装置(ATP ) 即可实现话音和数据传输, 具有结构简单、抗干扰能力强等优点。各直升机之间可进行明语对话, 而不被敌方截获
。
图3 紫外通信接受系统
(1) 滤波片及光电倍增管
, 到, 本系统采用了。透紫外日盲滤波片为260～290nm 带通滤波器, 利用滤波器可以屏蔽光电倍增管, 使其免受大于290
图1n m 的太阳残余辐射的影响, 进而提高光电探测器的
2. 1 紫外光发射机
信噪比。为提高系统的灵敏度, 可在滤波器和倍增管间加一镀膜椭球聚焦透镜。
(2) 解调电路
如图2所示, 紫外光发射机主要有由调制器、紫外LED 阵列组成
。
由于接受的紫外光信号微弱, 在解调电路中首先需要经过前置放大和滤波整形后的到脉冲调制信号, 再经过解调和功率放大输出, 最终得到音频或数字数据信号。
图2 紫外通信发送系统
3 影响直升机集群通信系统的主要因素
(1) 调制器
调制器采用脉冲调制的方式, 把语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输出给紫外LE D 阵列, 完成对信息的加载和调制。
(2) 紫外LED 阵列
3. 1 飞行高度
图4给出了在标准大气压, 能见度为10km 时, 在不同海拔高度下水平和垂直方向紫外光为1k m 时的特性曲线。从(a ) 图可看出水平方向上, 紫外透射比在海拔1km 以内无显著变化。从(b ) 图可以看出在海拔1km 以内, 竖直方向的大气紫外透射比在日盲区波段较低。随着海拔h 的上升, 透射比不断提高, 降低了紫外光的散射强度。根据紫外光通信原理分析可得, 在水平方向上, 直升机集群的
在紫外通信时为了避免受到太阳紫外光通信的干扰, 通常选取在日盲区波段的紫外光源。本套系统采用紫外LED 阵列进行电光转换, 其响应速度快、功耗低、输出功率高, 数据传输速率可达数MHz 。紫外LED 阵列在已调制载波信号电流的驱
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卷
飞行器尾焰在日盲区紫外光辐射主要来源有以下几个方面:①化学荧光辐射。大部分尾焰中包含了大量未燃尽的燃料, 根据所用燃料类型, 它们生成了高浓度的碳、氮、氢, 这些未燃尽物质产生的化学反应导致了紫外辐射。②热粒子辐射。很多推进剂因飞行器为了提高燃料效率, 会加入固体铝作为燃料剂, 而未燃尽的铝粒然在自爱很高非平衡温度下会发出紫外辐射。③黑体辐射。由于尾焰的温度很高, 可达1000～3300K 。根据黑体辐射理论, 有少部分能量存在于紫外波段。因此, 系统必须采取有效的措施(如相关处理、锁定放大、信号平均、自适应噪声抵消、) , 以降低紫外光通信是一种可靠性高、结构简单、成本低廉的直升机集群通信手段。得天独厚的保密性和非视距性特点, 避免了常规无线电通信易被敌方截收和监听的弱点, 在很大程度上提高了直升机集
图4 标准大气压在不同海拔高度下的大气紫外透射比
群的通信安全和战斗力。在未来高技术战争条件下, 直升机集群紫外光通信系统必将具有很好的推广和应用情景。
参 考 文 献
1 李霁野, 邱柯妮, 王云帆. 自由大气紫外光通信中几类光源的比
短距离通信(1k m 以内) 不受影响, 但竖直方向信道的最大工作传输距离受到限制。3. 2 紫外光干扰辐射
太阳光及战斗机、巡航导弹等飞行器的尾焰是外界紫外辐射的主要来源。由于前者日盲区波段辐射绝大多数被臭氧层吸收, 紫外光接收系统可以利用透紫外日盲滤波片和镀膜透镜来提高系统的信噪比, 而后者落在日盲区的紫外光光谱能量则不能忽视。尤其在高强度的战场作战环境中, 直升机集群通信系统很容易受到外界噪声干扰。
较和研究. 光通信技术, 2006; 30(9) :56—57
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大学学报, 2003; 23(4) :419—423
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22期陈 晗:直升机集群紫外光通信系统
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Heli copters ’Colony UV Comm un i ca ti ona l Syste m
CHE N Han
(School of Phot oelectric Science &Engineering, Nati onal University of Defense Technol ogy, Changsha 410073, P . R. China )
[Abstract] The basic theory and characteristics of UV communicati on are mainly intr oduced . A i m ed at the weakness of being easily monit ored and intercep ted in the p resently wireless communicati ons, it als o brings up a kind of ne wly designing sche me on helicop ters ’col ony UV communicati onal syste m. Thr ough analysis, it discuss 2es the p rinci pal fact ors infecting the communicati onal syste m leading t o several feasible settling measures . [Key words] UV communicati onal syste m helicop ters ’col ony UV radicalizati on light 2blind regi on
(上接第5892页)
Research of Subst a ti on R isk A t te S i m ul a ti on
2L I U J ian 2hui , L IL iang
3
1
(Daqing P . China; Daqing O ilfield Aut omati on I nstrumentati on Co . L td . 1, Daqing 163318, P . R. China )
[Abstract] Substati on risk assess ment has a very i m portant significance for the safe operati on of the whole net 2work . Based on the main wiring circuit analysis of a typ ical substati on, component failure model is established for substati on outage, repairing, and nor mal working by stratified state enumerati on method . Mainly studied the syste m connectivity, the status s witching and s o on, and putting f or ward the op ti m izati on algorith m f or state enumerati on method combined with the power net w ork model .
[Key words] Monte Carl o si m ulati on power syste m risk assess ment failure mode
(上接第5895页)
Eff i c i ency l m provem en t i n Coax i a L 2wavegu i de Cyclotron Autoresonance
M a ser Usi n g Tran sverse Heli ca l W i ggle M agneti c F i eld
ZHANG Ya 2dong, Q I U Chun 2Rong, Z HANG Shi 2chang
(1nstitute of Phot oelectr onics, Southwest J iaot ong University, Chengdu 610031, P . R. China )
[Abstract] A ne w method t o enhance the efficiency f or a coaxial 2waveguide Dopp ler 2shifted cycl otr on aut ores o 2nance maser (CAR M ) using transverse helical wiggle magnetic field, which is hel p t o supp ress sti m ulated abs or p 2ti on, is p r oposed . Nonlinear si m ulati on result indicates that that the beam 2wave interacti on efficiency could be in 2creased significantly fr om 7%t o 13. 5%when the transverse helical magnetic field is e mp l oyed .
[Key words] CAR M nonlinear si m ulati on electr onics efficiency helical wiggle magnetic fleld