RU2197066C2

RU2197066C2 - Laser communication system with mobile objects

Info

Publication number: RU2197066C2
Application number: RU2000126410/09A
Authority: RU
Inventors: А.С. Сапрунов; Н.Н. Толстых
Original assignee: Государственное унитарное предприятие Воронежский научно-исследовательский институт связи
Priority date: 2000-10-19
Filing date: 2000-10-19
Publication date: 2003-01-20

Abstract

FIELD: optical communication, operational secrete transmission of information to mobile objects at tactical level of command. SUBSTANCE: laser communication system includes photodetector, first storage, signal processing unit and indication unit mounted on mobile object and information unit of central transmitter, pulse laser, optical frequency doubler and optical modulator installed on central transmitter, signal compression unit, second storage, execution unit and generator of random signals. EFFECT: prevention of unauthorized access to communication system, increased noise immunity of communication system. 2 dwg

Description

Предлагаемое устройство относится к области оптической связи и может быть использовано для оперативной скрытой передачи информации (от старшего младшему) подвижным объектам в тактическом звене управления. The proposed device relates to the field of optical communication and can be used for operational covert information transfer (from the oldest to the younger) to mobile objects in the tactical command link.

Известны устройства для передачи информации подвижным объектам (А.Г. Шереметьев, Р.Г. Толпарев. Лазерная связь, М., 1974, с.347-353), содержащие на подвижном объекте один или несколько фотоприемников, при этом в нескольких точках по маршруту их движения установлены стационарные передатчики, нагруженные на центральный передатчик по стекловолокну. Known devices for transmitting information to moving objects (A.G. Sheremetyev, R.G. Tolparev. Laser communication, M., 1974, S. 347-353) containing one or more photodetectors on a moving object, at the same time at several points In the direction of their movement, stationary transmitters are installed, loaded onto the central transmitter via fiberglass.

Недостатками таких устройств являются, во-первых, ограничение области действия за счет привязки к определенным точкам по маршруту с предварительным развертыванием линии связи, что невозможно выполнить при ведении боевых или специальных действий; во-вторых, возможность несанкционированного доступа в линию связи, другими словами - недостаточная помехоустойчивость. The disadvantages of such devices are, firstly, the limitation of the scope due to binding to certain points along the route with the preliminary deployment of the communication line, which is impossible to carry out during combat or special operations; secondly, the possibility of unauthorized access to the communication line, in other words - insufficient noise immunity.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является система оптической связи с подвижными объектами, описанная в заявке Японии 6139778, Н 04 В 9/ 00, 1986 г., принятая за прототип. Closest to the proposed device is an optical communication system with moving objects, described in Japanese application 6139778, H 04 B 9/00, 1986, adopted as a prototype.

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства - прототипа, где обозначено:
1 - фотоприемник;
2 - блок памяти;
3 - блок обработки сигнала;
4 - блок индикации;
5 - подвижный объект;
6 - блок информации центрального передатчика;
7 - стекловолокно,
8-1... 8-n - стационарные передатчики.In FIG. 1 shows a functional diagram of a device - a prototype, where it is indicated:
1 - photodetector;
2 - memory block;
3 - signal processing unit;
4 - display unit;
5 - moving object;
6 - information block of the Central transmitter;
7 - fiberglass,
8-1 ... 8-n - stationary transmitters.

Устройство-прототип имеет следующие функциональные связи. The prototype device has the following functional relationships.

Выход блока информации центрального передатчика 6 через оптическое стекловолокно 7 подсоединен к каждому из n передатчиков 8, установленных по маршруту движения подвижного объекта 5, на котором установлен фотоприемник 1, выход которого подсоединен ко входу блока памяти 2, соединенного с блоком обработки 3, выход которого соединен со входом блока индикации 4. The output of the information block of the central transmitter 6 through optical fiber 7 is connected to each of the n transmitters 8 installed along the movement path of the movable object 5, on which the photodetector 1 is mounted, the output of which is connected to the input of the memory unit 2 connected to the processing unit 3, the output of which is connected with input of display unit 4.

Устройство-прототип работает следующим образом. The prototype device operates as follows.

Информация с блока информации центрального передатчика 6 по стекловолокну 7 поступает на стационарные передатчики 8-1 - 8-n, где происходит преобразование электрических сигналов в световые с длиной волны λ. Таким образом, информация в виде модулированного светового потока излучается в пространство. Information from the information block of the central transmitter 6 via fiberglass 7 is fed to stationary transmitters 8-1 - 8-n, where the conversion of electrical signals into light signals with a wavelength of λ takes place. Thus, information in the form of a modulated light flux is radiated into space.

Когда подвижный объект 5 останавливается в точке маршрута, где установлен соответствующий стационарный передатчик 8, его фотоприемник 1 принимает световой поток передатчика 8 и осуществляет преобразование светового потока в электрические сигналы. Эта сигналы при необходимости запоминаются в блоке памяти 2, обрабатываются в блоке обработки 3 и в виде звуковой или световой информации поступает в блок индикации 4. When the movable object 5 stops at the route point where the corresponding stationary transmitter 8 is installed, its photodetector 1 receives the light flux of the transmitter 8 and converts the light flux into electrical signals. This signals, if necessary, are stored in the memory unit 2, processed in the processing unit 3, and in the form of sound or light information enters the display unit 4.

Устройство-прототип имеет существенные недостатки, главными из которых можно отметить следующие:
во-первых, ограничение области действия из-за необходимости развертывания специальной стекловолоконной линии по предполагаемому маршруту движения и установка в выбранных точках стационарных передатчиков,
во-вторых, устройство-прототип имеет слабую помехоустойчивость из-за наличия стекловолокна и открытой линии передачи данных в точке приема Другими словами имеется возможность как несанкционированного доступа, так и нарушения работы линии связи.The prototype device has significant disadvantages, the main of which are the following:
firstly, the limitation of the scope due to the need to deploy a special fiberglass line along the proposed route of movement and the installation of stationary transmitters at selected points,
secondly, the prototype device has poor noise immunity due to the presence of fiberglass and an open data line at the reception point. In other words, there is the possibility of both unauthorized access and disruption of the communication line.

Для устранения указанных недостатков в систему лазерной связи с подвижными объектами, содержащую установленные на подвижном объекте последовательно соединенные фотоприемник, блок памяти, блок обработки сигнала и блок индикации, а на центральном передатчике - блок информации центрального передатчика, в который введены последовательно соединенные и последовательно установленные на одной оптической оси импульсный лазер, оптический удвоитель частоты и оптический модулятор, последовательно соединенные блок сжатия сигналов и второй блок памяти, выход которого электрически соединен с вторым входом оптического модулятора, последовательно соединенные генератор случайных сигналов и блок исполнения, первый выход которого соединен с вторым входом второго блока памяти, а второй выход блока исполнения электрически соединен с вторым входом оптического удвоителя частоты. To eliminate these drawbacks, a laser communication system with moving objects, which contains a series-connected photodetector, a memory unit, a signal processing unit and an indication unit installed on a moving object, and a central transmitter information unit, into which series-connected and sequentially installed one optical axis, a pulsed laser, an optical frequency doubler and an optical modulator, a signal compression unit and a second unit connected in series memory whose output is electrically connected to the second input of the optical modulator connected in series random signal generator and the execution unit, a first output connected to the second input of the second memory block and the second output execution unit electrically connected to the second input of the optical frequency doubler.

Кроме того, первый выход блока информации центрального передатчика соединен с входом блока сжатия сигналов, а второй выход блока информации центрального передатчика соединен с входом генератора случайных сигналов. In addition, the first output of the central transmitter information block is connected to the input of the signal compression block, and the second output of the central transmitter information block is connected to the input of the random signal generator.

На фиг. 2 приведена функциональная схема предлагаемого устройства, где введены следующие обозначения:
1 - фотоприемники;
2 - первый блок памяти;
3 - блок обработки сигналов;
4 - блок индикации;
5 - подвижный объект;
6 - центральный передатчик.In FIG. 2 shows a functional diagram of the proposed device, where the following notation is introduced:
1 - photodetectors;
2 - the first block of memory;
3 - signal processing unit;
4 - display unit;
5 - moving object;
6 - central transmitter.

7 - импульсный лазер;
8 - оптический удвоитель частоты;
9 - оптический модулятор;
10 - второй блок памяти;
11 - блок сжатия сигналов;
12 - блок информации центрального передатчика;
13 - генератор случайных сигналов;
14 - блок исполнения.7 - pulsed laser;
8 - optical frequency doubler;
9 - optical modulator;
10 - the second block of memory;
11 - signal compression unit;
12 - information block of the Central transmitter;
13 - random signal generator;
14 - block execution.

Предлагаемое устройство имеет следующие функциональные связи. The proposed device has the following functional relationships.

На подвижном объекте 5 фотоприемники 1 соединены с входом первого блока памяти 2, выход которого соединен со входом блока обработки 3. On the movable object 5, the photodetectors 1 are connected to the input of the first memory unit 2, the output of which is connected to the input of the processing unit 3.

На центральном передатчике 6, состоящем из последовательно соединенных и последовательно установленных на одной оптической оси импульсного лазера 7, удвоителя частоты 8 и оптического модулятора 9, второй вход которого электрически присоединен к последовательно соединенным второму блоку памяти 10, блоку сжатия сигнала 11 и блоку информации центрального передатчика 12, второй выход которого через генератор случайных сигналов 13 присоединен к блоку исполнения 14, первый выход которого соединен со вторым входом второго блока памяти 10, а второй выход блока исполнения 14 присоединен ко второму входу удвоителя частоты 8 соответственно. On the central transmitter 6, consisting of a pulse laser 7 connected in series and sequentially mounted on the same optical axis, a frequency doubler 8 and an optical modulator 9, the second input of which is electrically connected to the second memory unit 10, the signal compression unit 11, and the central transmitter information unit 12, the second output of which through the random signal generator 13 is connected to the execution unit 14, the first output of which is connected to the second input of the second memory unit 10, and the second to the output of the execution unit 14 is connected to the second input of the frequency doubler 8, respectively.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. The proposed device operates as follows.

Информация с блока информации центрального передатчика 12 центрального передатчика 6 в виде потока электрических сигналов S поступает на блок сжатия сигналов 11, где происходит сжатие передаваемой информации в формат импульсов, по длительности равных длительности лазерных импульсов τ. С блока сжатия 11 сигналы поступают на второй блок памяти 10, с которого при включении лазера 7 поступают на оптический модулятор 9, где электрические сигналы осуществляют модуляцию оптических лазерных импульсов. На выходе оптического модулятора 9 будут световые (лазерные) импульсы, модулированные потоком S. Information from the information block of the central transmitter 12 of the central transmitter 6 in the form of an electric signal stream S is fed to the signal compression block 11, where the transmitted information is compressed into a pulse format, equal in duration to the duration of the laser pulses τ. From the compression unit 11, the signals are supplied to the second memory unit 10, from which when the laser 7 is turned on, they are fed to the optical modulator 9, where the electrical signals modulate the optical laser pulses. The output of the optical modulator 9 will be light (laser) pulses modulated by the stream S.

Со второго выхода блока информации центрального передатчика 12 сигналы поступают на вход генератора случайных сигналов 13 и осуществляют его запуск на время работы центрального передатчика 6. From the second output of the information block of the central transmitter 12, the signals are fed to the input of the random signal generator 13 and are launched for the duration of the central transmitter 6.

Импульсы генератора случайных сигналов 13 через блок исполнения 14 управляют работой удвоителя частоты 8, переводя его в одно из возможных состояний спектрального диапазона, в результате чего излучение импульсного лазера 7 будет осуществляться на соответствующей длине волны λ. При этом в силу случайного появления управляющих сигналов с выхода генератора случайных сигналов 13 переключение диапазона лазера будет происходит случайно, а это значит, что разведка линии связи будет затруднена или исключена полностью. The pulses of the random signal generator 13 through the execution unit 14 control the operation of the frequency doubler 8, translating it into one of the possible states of the spectral range, as a result of which the radiation of the pulsed laser 7 will be carried out at the corresponding wavelength λ. Moreover, due to the random occurrence of control signals from the output of the random signal generator 13, switching of the laser range will occur randomly, which means that reconnaissance of the communication line will be difficult or completely excluded.

При этом с первого выхода блока исполнения 14 сигналы поступают на второй вход второго блока памяти 10, открывая его на время излучения импульсного лазера 7. In this case, from the first output of the execution unit 14, the signals are fed to the second input of the second memory unit 10, opening it for the duration of the radiation of the pulsed laser 7.

Таким образом, на выходе оптического модулятора 9 будет излучение лазера с длиной волны λ и длительностью τ, модулированное информационным потоком S. Thus, the output of the optical modulator 9 will be laser radiation with a wavelength λ and a duration τ modulated by the information stream S.

Эта случайная по спектральному диапазону последовательность лазерных импульсов излучается в пространство. This sequence of laser pulses random in the spectral range is emitted into space.

На подвижном объекте 5 фотоприемник 1 принимает описанное выше излучение лазера 7 и осуществляет преобразование лазерных сигналов в электрические, которые поступают на первый блок памяти 2, а затем в блок обработки сигналов 3, в котором происходит выделение сигнала полезной информации S. Эта информация в соответствующем виде поступает в блок индикации 4. On the movable object 5, the photodetector 1 receives the laser 7 radiation described above and converts the laser signals into electrical ones, which are fed to the first memory unit 2, and then to the signal processing unit 3, in which the useful information signal S is extracted. This information is in the corresponding form enters display unit 4.

Введение генератора случайных сигналов, удвоителя частоты, оптического модулятора, блока исполнения, блока сжатия сигналов и второго блока памяти приводит к случайному характеру спектрального диапазона излучения лазера, что существенно затруднит (или исключит полностью) оперативную разведку линии связи. Импульсный характер работы лазера и отсутствие кабельных линий исключает несанкционированный доступ в линию, то есть повышает помехоустойчивость системы связи. The introduction of a random signal generator, a frequency doubler, an optical modulator, an execution unit, a signal compression unit, and a second memory unit leads to a random nature of the spectral range of the laser radiation, which will significantly complicate (or eliminate completely) the operational reconnaissance of the communication line. The pulsed nature of the laser and the absence of cable lines eliminates unauthorized access to the line, that is, increases the noise immunity of the communication system.

Фотоприемник 1, установленный на подвижном объекте 5, своим полем зрения способен осуществлять просмотр заданного пространства. Для приведенного выше случая фотоприемник способен просматривать пространства вертикально над собой в конусе 30-60^o.The photodetector 1 mounted on a movable object 5, with its field of view is capable of viewing a given space. For the above case, the photodetector is capable of viewing spaces vertically above itself in a cone of 30-60 ^o .

Для устойчивой связи на дальностях до 20-30 км угол места цели импульсного лазера 7 составляет 10-20^o. Вероятность разведки такой линии не превышает 0,1 (или 10%), а вероятность несанкционированного доступа или постановки помех линии составляет менее 0,01 (<1%).For stable communication at ranges up to 20-30 km, the elevation angle of the target of the pulsed laser 7 is 10-20 ^o . The probability of reconnaissance of such a line does not exceed 0.1 (or 10%), and the probability of unauthorized access or jamming of the line is less than 0.01 (<1%).

Реализация предлагаемого устройства не вызывает затруднений, так как все блоки и узлы, входящие в него, общеизвестны и широко опубликованы в технической литературе. The implementation of the proposed device does not cause difficulties, since all the blocks and nodes included in it are well known and widely published in the technical literature.

Claims

A laser communication system with moving objects, comprising a series-connected photodetector installed on a moving object, a first memory unit, a signal processing unit and an indication unit, and a central transmitter information unit on a central transmitter, characterized in that sequentially installed on one optical center are introduced on the central transmitter the axis of a pulsed laser, a frequency doubler and an optical modulator, the information block of the central transmitter is connected in series with the signal compression unit and W the second memory block, the output of which is electrically connected to the second input of the optical modulator, the second output of the central transmitter information block through a random signal generator is connected to the execution block, the signals of which open the second memory block for the duration of the pulsed laser radiation, and also control the operation of the frequency doubler, translating it into one of the possible states of the spectral range.