紫外光通信

紫外光通信系統一般由發射系統和接收系統組成，其中發射系統將信源產生的原始電信號變換成適合在信道中傳輸的信號；接收系統從帶有干擾的接收信號中恢復出相應的原始信號。

基本介紹

• 中文名：紫外光通信

基本原理

紫外光通信基於兩個相互關聯的物理現象：一是大氣層中的臭氧對波長在200nm到300nm之間的紫外光有強烈的吸收作用，這個區域被叫做日盲區，到達地面的日盲區紫外光輻射在海平面附近幾乎衰減至零；另一現象是地球表面的日盲區紫外光被大氣強烈散射。日盲區的存在，為工作在該波段的紫外光通信系統提供了一個良好的通信背景。紫外光在大氣中的散射作用使紫外光的能量傳輸方向發生改變，這為紫外光通信奠定了通信基礎，但吸收作用帶來的衰減使紫外光的傳輸限定在一定的距離內。紫外光通信是基於大氣散射和吸收的無線光通信技術。它的基本原理是以日盲區的光譜為載波，在發射端將信息電信號調製載入到該紫外光載波上，已調製的紫外光載波信號利用大氣散射作用進行傳播，在接收端通過對紫外光束的捕獲和跟蹤建立起光通信鏈路，經光電轉換和解調處理提取出信息信號。紫外光通信特別適用於複雜環境下近距離抗干擾保密通信。

基本結構

紫外光通信系統一般由發射系統和接收系統組成，其中發射系統將信源產生的原始電信號變換成適合在信道中傳輸的信號；接收系統從帶有干擾的接收信號中恢復出相應的原始信號。

紫外光通信的基本結構

工作原理

發射系統由信源模組、調製模組、驅動電路和紫外光源等組成，其工作過程如下：調製模組採用特定的調製方式將信源模組產生的電信號做調製變換，再通過發端驅動電路使紫外光源將調製信息隨紫外載波傳送出去；接收系統由紫外探測器、預處理電路、解調模組和信宿模組組成：其工作過程和發射系統剛好相反，紫外探測器捕捉並收集紫外光信號，對其進行光電轉換，收端預處理電路對電信號進行放大、濾波等，解調模組將原始信息恢復出來送至信宿模組。

通信方式

紫外光通信系統有兩種通信方式：視距通信 (LineofSight)和非視距通信。與傳統的自由空間光通信一樣，紫外光通信可以以視距方式進行通信，遵循 “信號強度按指數規律衰減，與距離的平方成反比”的規律。下面重點介紹紫外光特有的非視距通信方式。由於大氣分子和懸浮粒子的散射作用，紫外光在傳輸過 程中產生的電磁場使大氣中的粒子所帶的電荷產生振盪，振盪的電荷產生一個或多個電偶極子，輻射出次級球面波。由於電荷的振盪與原始波同步，所以次級波與原始波具有相同的電磁振盪頻率，並與原始波有固定的相位關係，次級球面波的波面分布和振動情況決定散射光的散射方向。因此，散射在大氣中紫外光信號與光源保持了相同的信息。

通信軍事特點

(1)保密性高。①低解析度：紫外光是不可見光，肉眼不可能直接發現紫外光源的存在；紫外光通過大氣散射方式向四面八方傳播信號，因而很難從散射信號中判斷出紫外光源的所在位置。②低竊聽率：由於大氣分子、懸浮粒子的強吸收作用，紫外光信號的強度按指數規律衰減，這種強度衰減是距離的函式，因此可根據通信距離的要求來調整系統的發射功率，使其在非通信區域的輻射功率減至最小，使敵方難以截獲。

(2)環境適應性強。①防自然干擾：由於日盲區的存在，近地面日盲區紫外光噪聲很小；另外，大氣散射作用使得近地面的紫外光均勻分布，在信號接收端反映為以直流為主的電平信號，可利用濾波的方式去除這些背景信號。②防人為干擾：由於系統的輻射功率可根據通信距離要求減至最小，敵方很難在遠距離對本地紫外光通信發射系統進行干擾；其它常規通信干擾對紫外光通信是無效的。

(3)全方位全天候性。①全方位：紫外光的散射特性使紫外光通信系統能以非視距方式傳輸信號，從而能適應複雜的地形環境，克服了其他自由光通信系統必須工作在視距通信方式的弱點。②全天候：日盲區的太陽紫外輻射強度在近地面十分微弱，無論白天還是夜晚都不會有太大的“噪聲”干擾。地理位置、季節更替、氣候變化、能見度等因素的影響和太陽輻射一樣，都可以看成是一種可忽略的背景“噪聲”。

(4)靈活機動，可靠性高。①靈活機動：紫外光通信平台在地面上可採用車載式，空中可採用機載式，海上可採用艦 載式，可實現網路移動式通信，克服了傳統有線或無線通信需要鋪設電纜和基站的缺點，能跟隨部隊快速機動，適應瞬息萬變的戰場環境②可靠性高：傳統通信方式的電纜或基站一 旦被摧毀將會導致通信徹底中斷，對於戰場環境，將是無法接受的；紫外光信號在戰場上很難被偵測到，作為攻擊目標的可能性小。即使被破壞，由於其機動性強，可使用備份設備，快速搶通戰時通信系統。

通信軍事套用

紫外光通信既可以補足傳統光通信不能進行非視距通信，受氣候影響嚴重的缺陷，也可以彌補傳統無線及有線通信需要部署線路和基站等靈活性差的不足，是一種極具發展潛力的通信軍事手段。

紫外光通信可用於1～2km 的非視距通信，如果採用聚光方式，定向視距通信距離可達5～l0km。紫外光通信系統的話音通信頻率通常為l9．2kHz，在距離為2～1Okm，數據傳送速率為4800bit/s時，系統的誤碼率可達l×10的-6次。與其他傳統的通信方式相比更加隱蔽，需要的發射功率大大降低，非常適用於短距離、窄頻寬、能量受限的套用環境。

紫外光通信系統可用於超低空飛行的直升機小隊進行不問斷的內部安全通信。紫外光通信主要是利用了紫外線的散射能力，在以光源為中心的有效半徑內都可以立體接收到通信信息，且紫外光的繞射能力很強，克服了自由光通信系統必須工作在視距通信方式的弱點；紫外光通信的波段範圍一般選擇在日盲區域(200～300nm)，該區域內太陽的近地輻射微弱，因而即使在白天也不會有太大的自然光干擾。使用紫外光通信系統的每架飛機都裝備有一套收發系統，發射機以水平方向輻射光信號，接收機則面朝天安裝， 以收集散射到其視野區內的紫外光信號，從而使全小隊的飛機都可收到相同的通信信號。

紫外光技術可用於改進艦載飛機的起飛導引系統。航母飛行甲板通信系統同時溝通指揮塔台與所有飛機之間的通信。光發射機可安裝在航母的艦橋上，以水平方式向甲板輻射紫外光信號，每架飛機上裝有一台小型接收機，面朝天安裝，以收集散射在大氣層中的導航數據。光發射機發出的紫外光具有散射和同播特性，能照射整個飛行甲板，這樣飛機可以自由移動，並能同時接收數據。

人們目前昕掌握的通信手段在軍事通信聯絡中起到了重要的作用，但同時也存在一些不足。例如，無線電和微波通信比較容易被竊聽、干擾和破壞，不適合“電磁寂靜” 的場合； 有線通信和光纖通信需要預先鋪相的線路，不能達到靈活、機動和快速反應。為了在未來戰爭中立於不敗之地，各國都在尋求更新穎、更隱蔽、更安全和不易被干擾的通佶手段，紫外光無線通信就在這種要求下出現了。

紫外光通信是一種新興的通信系統，是利用紫外光在大氣中的散射來進行信息傳輸的一種新型通信模式。由於其可以實現非視距、短距離的抗干擾、抗截獲能力強的特點，特別適合于軍事套用中，是滿足戰術通信要求的理想手段。但是對於紫外光通信系統的研究還處於初級階段，特別是國內在這方面的研究不多，還沒有形成成型的系統，因此迫切需要進一步的研究。