Разработаны новые беспроводные атмосферные оптические линии связи, обладающие повышенной помехозащищенностью, перспективные для систем связи и управления.

Дата публикации: 16/10/2009
Категория: Новости лазерных технологий
Версия для печати

Беспроводные атмосферные оптические линии связи (АОЛС), обладающие повышенной помехозащищенностью предложены специалистами Ростовского военного института ракетных войск.

Методы модуляции и приема оптического излучения на основе фазовой модуляции и гомодинного приема оптического сигнала обладают высокой устойчивостью к флуктуациям в условиях сильного влияния атмосферы.

Плюс к этому они обеспечивают необходимый уровень безопасности передаваемой информации в оптических системах связи, системах управления, системах охраны объектов. Воздушные флуктуации и поглощение сигнала при атмосферном распространении ограничивают возможности оптических систем связи.

Квантовые шумы, следствие дискретной "фотонной" природы света, неизбежны даже для идеальных приемников излучения. Однако атмосферные линии надежно обеспечивают информационную безопасность. И это привлекает к ним повышенное внимание. Известны гомодинные системы оптического диапазона, использующие сигнал местного гетеродина. При этом требования к когерентности, стабильности частоты и пространственному совмещению фронтов сигнального луча и луча местного гетеродина чрезвычайно высоки. Это приводит к трудностям практического исполнения таких систем, к тому же помехоустойчивость АОЛС остается небольшой.

С другой стороны, созданы АОЛС, в которых используют устройство для непрерывного динамического формирования волнового фронта гетеродина в соответствии с приходящим волновым фронтом сигнала. Принцип его работы заключается в том, что несущая приходящего оптического сигнала или принятый опорный "пилот-сигнал" усиливаются в многомодовом узкополосном лазерном усилителе.

При этом волновой фронт усиливаемого сигнала сохраняется, а затем используется в качестве сигнала гетеродина. Однако и тут проявляется сложность практической реализации квантового усилителя, особенно при наличии доплеровского сдвига частоты принимаемого сигнала. Зависимость величины выходного сигнала приемника от амплитуды и фазы входного сигнала снижает помехозащищенность.

Кроме того, для выделения "пилот-сигнала" или несущей, его последующего усиления в многомодовом усилителе требуется большое количество оптических элементов на приемной стороне АОЛС.

Их число увеличивается при технической реализации решения. Для сохранения волнового фронта несущей и совмещения с фронтом принимаемого сигнала требуются дополнительные оптические элементы. Все они являются источником дополнительных шумов. В предлагаемой АОЛС решена задача повышения устойчивости к амплитудно-фазовым возмущениям. Одновременно в ней использована упрощенная оптическая схема по сравнению с известными техническими решениями создания помехоустойчивой АОЛС.

Достигается это с помощью пространственного совмещения принятых когерентных лучей, которые направляются на матрицу фотоприемников.

В их плоскости формируется интерференционная картина, не чувствительная к одинаковым приращениям фазы интерферирующих лучей. А делитель сигналов от двух групп фотоприемников, определяющий отношение амплитуд фото-ЭДС, размещенных в пределах интерференционной картины, не чувствителен к одновременному изменению амплитуд входных сигналов.

Фотоприемники размещены таким образом, что их положение соответствует периоду интерференционной картины. Разработанное устройство формирования передаваемых опорного и информационного лучей позволило исключить часть оптических элементов.

В новой схеме отсутствуют элементы, используемые для выделения опорного луча, его усиления и совмещения с фронтом информационного луча. Принцип работы АОЛС заключается в следующем. На передающей стороне АОЛС формируют два когерентных пространственно совмещенных луча одинаковой амплитуды. Один из них является опорным, а второй модулируется по фазе по закону передаваемого сообщения.

Пространственное совмещение опорного и информационного лучей делает их одинаково пораженными как амплитудными, так и фазовыми возмущениями на трассе распространения оптического сигнала от пункта его передачи до пункта приема. На приемной стороне АОЛС оба луча создают интерференционную картину в плоскости матрицы фотоприемников, которые разделены на две группы, отстоящие друг от друга в соответствии с пространственным периодом интерференционной картины в отсутствие модуляции.

При фазовой модуляции сигнального луча происходит перераспределение энергии оптического поля в плоскости интерференционной картины, определяемое законом модуляции (вплоть до смены светлых областей на темные). Процедура измерений сводится к одновременному раздельному измерению выходных сигналов первой и второй групп фотоприемников.

Затем находят отношение измеренных величин, которое пропорционально модулирующему сигналу в пределах линейного участка демодуляционной характеристики. Научная новизна и значимость разработанной АОЛС подтверждены патентом Российской Федерации на изобретение, отмечены медалью Российской академии наук, положительными отзывами специалистов ведущих научно-исследовательских организаций и предприятий промышленности. Представленные технические решения с 2006 года успешно используются при создании полномасштабной атмосферной оптической линии связи.

атмосферной оптической линии связи. Источник: «ФОТОНИКА», 2009, №4, с.22-24, www.electronics.ru

Статьи по теме: