DE10245494B4

DE10245494B4 - Mehrfachimpulsgeber für elektromagnetische Strahlung

Info

Publication number: DE10245494B4
Application number: DE10245494A
Authority: DE
Inventors: Martyn Robert Bristol Jennings; Lee Douglas Bristol Miller
Original assignee: MBDA UK Ltd
Current assignee: MBDA UK Ltd
Priority date: 2001-09-19
Filing date: 2002-09-18
Publication date: 2011-07-14
Anticipated expiration: 2022-09-19
Also published as: US7068424B1; ITWX20020015A1; GB2385913B; US6992829B1; DE10245495A1; DE10245494A1; GB2384126A; FR2863791A1; GB0219400D0; GB2384126B; FR2854470A1; GB0219401D0; GB2385913A; FR2863791B1; GB0123640D0

Abstract

Mehrfachimpulsgeber für elektromagnetische Strahlung, mit einer Quelle für elektromagnetische Strahlung zum Erzeugen diskreter Strahlungsimpulse, einem Elektromagnetstrahlenteiler zum Empfang der von der Elektromagnetstrahlenquelle erzeugten Strahlungsimpulse, wobei der Strahlenteiler eine Mehrzahl von Übertragungswegen für die empfangenen Impulse bereitstellt, die jeweils physikalische Eigenschaften zum Modifizieren der durch sie hindurchpassierenden Strahlungsimpulse relativ zu den Eingangsimpulsen aufweisen, und wobei mindestens einer der Übertragungswege ein Schaltmittel zum Wirksam- oder Unwirksamschalten des Übertragungswegs enthält und dadurch das Durchlassen oder Sperren eines Impulses der elektromagnetischen Strahlung durch diesen Übertragungsweg ermöglicht, einem Elektromagnetstrahlenkombinierer zum Kombinieren der modifizierten Ausgangssignale der genannten Mehrzahl von Übertragungswegen, und mindestens einen Ausgangsübertragungsweg für die Übertragung des kombinierten Elektromagnetstrahlen-Ausgangssignals, wobei mindestens zwei der genannten Übertragungswege unterschiedliche Zeitverzögerungen relativ zueinander einbringen, derart, dass das kombinierte Elektromagnetstrahlen-Ausgangssignal mindestens einen Impuls enthält, dessen Dauer länger als diejenige des Eingangsimpulses ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Mehrfachimpulsgeber für elektromagnetische Strahlung zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlungsimpulse, und mehr im einzelnen, aber nicht ausschließlich die Verwendung optischer Techniken bei der Erzeugung elektromagnetischer Mehrfachimpulse aus einem einzigen Eingangsimpuls.
Die Erzeugung elektromagnetischer Impulse durch Strahlen emittierende Quellen ist auf dem Fachgebiet der Kommunikation und der Sensorsysteme bekannt, und es sind zahlreiche Techniken auf elektrischer Basis entwickelt worden, um das Kodieren solcher Impulse für eine nachfolgende Erkennung und Identifizierung zu ermöglichen.
Aus der WO 96/05664 A2 ist ein Mehrfachimpulsgenerator bekannt, der sich mit der Erzeugung einer gesteigerten gleichmäßigen Datenströmung in Kommunikationsnetzwerken befasst. Der bekannte Mehrfachimpulsgenerator hat eine Quelle für elektromagnetische Strahlung zum Erzeugen diskreter Strahlungsimpulse, einen Elektromagnetstrahlenteiler zum Empfang der von der Elektromagnetstrahlenquelle erzeugten Strahlungsimpulse, wobei der Strahlenteiler eine Mehrzahl von Übertragungswegen für die empfangenden Impulse bereitstellt, die jeweils physikalische Eigenschaften zum Modifizieren der durch sie hindurchpassierenden Strahlungsimpulse relativ zu den Eingangsimpulsen aufweisen, und einen Kombinierer zum Kombinieren der modifizierten Ausgangssignale der genannten Mehrzahl von Übertragungswegen sowie mindestens einen Ausgangsübertragungsweg für die Übertragung des kombinierten Ausgangssignals. Bei dieser Anordnung haben alle Impulse, die ausgegeben werden, die gleiche Dauer, nämlich die Dauer des Eingangsimpulses. Die verschiedenen Übertragungswege sind Verzögerungsleitungen von jeweils ausreichender unterschiedlicher Länge, um sicher zu stellen, daß das Ausgangssignal eine Kette getrennter Impulse ist, ohne daß eine Überlappung zwischen ihnen stattfindet.
Mehrfachimpulsgeneratoren, die eine Quelle für elektromagnetische Strahlung zum Erzeugen diskreter Strahlungsimpulse sowie einen Elektromagnetstrahlenteiler zum Empfang der von der Elektromagnetstrahlenquelle erzeugten Strahlungsimpulse mit einer Mehrzahl von als unterschiedliche Verzögerungsleitungen ausgestalteten Übertragungswegen für die empfangenen Impulse sowie einen Kombinierer und einen Ausgangsübertragungsweg für die Übertragung des kombinierten Elektromagnetstrahlen-Ausgangssignals haben, sind aus der EP 0 034 107 A1 in Gestalt eines optischen Kodierers, aus der EP 0 938 197 A2 in Gestalt einer Multiplex-Kommunikationseinrichtung, aus der EP 1 099 965 A2 Gestalt einer optischen Glasfaser-Signalverarbeitungseinrichtung für Breitbandtelekommunikation, weiter aus der US 3 958 229 A Gestalt eines optischen Speichersystems, weiter aus der EP 0 110 388 A1 Gestalt eines optischen Multiplexsystems, aus der EP 0 680 233 A2 im Rahmen einer Dämpfungseinrichtung für optische Signale, und aus der EP 0 905 937 A2 im Rahmen eines Multiplex-Kommunikationssystems bekannt.
Die aus dem eben aufgezählten Stand der Technik bekannten Anordnungen zur Modifizierung von Strahlungsimpulsen beruhen darauf, daß durch die Verwendung einer Mehrzahl von Übertragungswegen unterschiedlicher Eigenschaften bestimmte Charakteristiken der Impulse wie beispielsweise Impulslänge, Impulsdauer, Amplitude, Frequenz oder andere Eigenschaften wie Anstiegs- und Abfallzeit beeinflusst werden können. Mehrfachimpulse können auch zur weiteren Unterscheidung eines erzeugten Impulses verwendet werden.
Die Fähigkeit zur Modifizierung der Impulswiederholungsfrequenz für Mehrfachimpulse ist auch eine Charakteristik, die ausgenutzt werden kann, aber gegenwärtig gibt es physikalische und elektromagnetische Begrenzungen für die maximale Impulswiederholungsfrequenz, die erreichbar ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Mehrfachimpulsgenerator mit den erwähnten bekannten Merkmalen insbesondere zur Eignung für das Gebiet der sicheren Kommunikation auszubilden.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im Anspruch 1 angegebene Anordnung gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung ermöglicht das Senden und Empfangen einzigartiger ”Signatur”-Impulse mit bekannten Impulswiederholungsfrequenzen, die variierend oder konstant sein können, und/oder den Einschluß einzelner Impulse in eine Mehrfachimpulsfolge, was die Sicherheit von Kommunikationssystemen beträchtlich erhöhen kann.
Das in mindestens einem der Übertragungswege vorgesehene Schaltmittel ermöglicht, daß die Impulskettenkodierung sofort verändert werden kann, was bedeutet, daß die Änderung der Impulskettenkodierung mitten in der laufenden Übertragung erfolgen kann, wenn das notwendig werden sollte.
Einige bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend lediglich beispielshalber unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen beschrieben, in welchen zeigt:
1 eine erste Ausführungsform eines Mehrfachimpulsgenerators für elektromagnetische Strahlung nach der Erfindung,
2 eine zweite Ausführungsform eines Mehrfachimpulsgenerators für elektromagnetische Strahlung nach der Erfindung,
die 3a bis 3c Ausgangsimpulse, die unter Verwendung der Einrichtung erhalten werden können.
In 1 ist eine Strahlungsquelle 2 dargestellt, die über ein optisches Verbindungskabel 4 mit einem Elektromagnetstrahlenteiler 6 verbunden ist. Von der Strahlungsquelle 2 erzeugte Strahlungsimpulse 22 werden über das optische Verbindungskabel 4 zum Strahlenteiler 6 übertragen, wobei die Impulsenergie auf fünf optische Fasern (7, 8, 10, 12, 14) verteilt wird, die jeweils verschiedene physikalische Eigenschaften haben. Bei diesem Beispiel sind die optischen Fasern Verzögerungsleitungen mit unterschiedlichen Zeitverzögerungen, die bei dem dargestellten Beispiel dadurch erzeugt werden, daß jede der genannten Fasern eine andere Länge hat.
Es können auch weitere physikalische Eigenschaften der optischen Fasern zum Modifizieren der elektromagnetischen Strahlungsimpulse benutzt werden. Verschiedene bekannte Mechanismen, mit welchen Merkmalen in zur Übertragung von elektromagnetischen Strahlungsimpulsen geeigneten Materialien eingebracht werden können, sollen ebenfalls in den Bereich der Erfindung eingeschlossen sein und umfassen, ohne Anspruch auf Vollständigkeit, verschiedene mechanische Längen, verschiedene Materialeigenschaften wie z. B. Dotierung zum Erzeugen einer Frequenzverschiebung, oder zu dem Material hinzugegebene Elemente, die den Zustand der hindurchgelangenden Fotonen verändern, und Veränderungen des Brechungsindex der Fasern.
Die resultierende Erzeugung identifizierbarer modifizierter Mehrfachimpulse ist als Impulskettencodierung auf dem Fachgebiet bekannt.
Bei dem in 1 gezeigten Beispiel wird angenommen, daß die Energie der Impulskette 22, die auf den Strahlenteiler 6 trifft, gleichmäßig auf die fünf optischen Verzögerungsleitungen (7, 8, 10, 12, 14) verteilt wird, so daß jede Faser also einen Impuls mit einem Fünftel der Gesamtenergie des ursprünglichen Impulses führt, sofern nicht ein Verstärkungsmechanismus in einzelnen Verzögerungsleitungen Anwendung finden. Die Erzeugung einer erhöhten Impulswiederholungsfrequenz in den Mehrfachimpulsausgangssignalen 26, 30, 34 ohne irgendwelche zusätzliche Energiezufuhr geht auf Kosten der individuellen Impulsenergie, sorgt aber für eine beträchtliche Zunahme der Komplexität des resultierenden Mehrfachimpulses. Der erzeugte Mehrfachimpuls kann zum Nachweis von Zielen benutzt werden, wo ein Rücksignal erforderlich ist. Obwohl die Impulskette 26, 30, 34 eine niedrigere Amplitude als der Originale einfache Puls 24, 28, 32 hat, wird die Nachweisrate verbessert, da Hintergrundrauschen weniger Einfluß auf den Nachweis einer Impulskette als bei einem Einfachimpuls hat, der durch eine plötzliche Rauschspitze verdeckt werden kann.
Dieses Merkmal des Beispiels soll dessen Anwendung nicht auf eine solche Energieverteilung beschränken, und dementsprechend könnte die auf den Strahlenteiler 6 auftreffende Impulsenergie 22 in gleicher Weise nach irgendeinem Bruchteilverteilungsmuster auf die Verzögerungsleitungen 7, 8, 10, 12, 14 verteilt werden. Ein solches System könnte also Mehrfachimpulse mit veränderlichen Amplituden zwischen benachbarten Impulsen erzeugen.
Die von jeder der Verzögerungsleitungen 7, 8, 10, 12, 14 geführten Impulse werden in dem Kombinierer 16 wieder kombiniert und über eine Übertragungsleitung 18 für das kombinierte Signal einem Ausgang 20 zugeführt. Die wieder kombinierten Impulse 23 sind bei diesem Beispiel durch fünf Impulse niedrigerer Energie, aber erhöhter Frequenz gekennzeichnet, wobei die Impulswiederholungsfrequenz dieser Impulse durch die besonderen Eigenschaften der Verzögerungsleitungen 7, 8, 10, 12, 14 bestimmt wird.
Der Ausgang kann typischerweise ein Kommunikations- oder Signalgerät aufweisen, wo die Identifikation bestimmter Impulseigenschaften erforderlich ist, um entweder den Empfang oder die Sendung gesicherter Kommunikationen zu ermöglichen oder das Schalten einer Sende- oder Empfangsleitung zu bewirken.
Die Erzeugung von Mehrfachimpulsen aus der Strahlungsquelle 2 (schematisch bei 22 gezeigt) erzeugt eine Reihe von Impulsen 24, 28, 32, die durch Hindurchleiten durch den Teiler 6, die Verzögerungsleitungen 7, 8, 10, 12, 14 und den Kombinierer 16 modifiziert werden, um eine Reihe von Mehrfachimpulsen zu erzeugen, wie bei 26, 30, 34 gezeigt ist.
Das in 1 gezeigte Beispiel benutzt die Eigenschaften gleichmäßig beabstandeter physikalischer Zeitverzögerungen zur Erzeugung modifizierter Mehrfachimpulse 26, 30, 34.
Alternative Verfahren zum Codieren von Impulsen können auch die Verwendung von Verzögerungsleitungen mit veränderlicher Zeitdauer zwischen benachbarten Impulsen und/oder Leitungen (mit oder ohne Verzögerungen) umfassen, die verschiedene Farben oder Materialien haben, um Codierungselemente in die resultierenden Mehrfachimpulse einzuführen, die schwierig zu replizieren oder zu kopieren wären.
Dieses Merkmal eignet die Erfindung für das Gebiet der sicheren Kommunikation, wodurch das Senden und der Empfang einzigartiger ”Signatur”-Impulse mit bekannten Impulswiederholungsfrequenzen (z. B. variierend oder konstant) und/oder der Einschluß einzelner Impulse in eine Mehrfachimpulsfolge, die eine oder mehrere Farben oder Energiepegelverschiebungen enthalten, die Sicherheit solcher Systeme beträchtlich erhöhen können.
2 zeigt eine Strahlungsquelle 2, die mit einem Elektromagnetstrahlungsteiler 6 über ein optisches Verbindungskabel 4 verbunden ist. Der Strahlenteiler 6 umfaßt fünf optische Fasern als Verzögerungsleitungen 7, 8, 10, 12, 14, die jeweils eine andere Länge haben, wie auch schon bei der Ausführungsform nach 1. Strahlungsimpulse 22, die durch die Strahlungsquelle 2 erzeugt werden, werden durch das optische Kabel 4 zum Strahlenteiler 6 übertragen. Die als optische Fasern ausgebildete Verzögerungsleitungen 7, 8, 10, 12, 14 dieser Ausführungsform enthalten jeweils einen Halter 100, 102, 104, 106, 108, um einen elektromagnetischen Strahlungsimpuls längs der optischen Faser durchzulassen oder zu sperren. Der Schalter kann ein mechanischer Schalter oder z. B. ein Fotonenschalter sein.
In 2 sind die Schalter 100, 104, 106 und 108 so konfiguriert, daß sie elektromagnetische Strahlungsimpulse durch die optischen Fasern 7, 10, 12 und 14 wandern lassen. Der Schalter 102 ist jedoch so konfiguriert, daß er einen elektromagnetischen Strahlungsimpuls gegen einen Durchgang längs der optischen Faser 8 sperrt. Die resultierende Impulskette 36 ist also von der Impulskette 23 nach 1 verschieden. Wie man sieht, kann bei der Ausführungsform nach 2 die resultierende Impulskette durch Verwenden der Schalter weiter so modifiziert werden, daß verschiedene optische Fasern zwischen ”Einschlußzeichen” und ”Aus” geschaltet werden können. Das Schalten kann schnell erfolgen und kann ferngesteuert werden.
Ein Vorteil der Möglichkeit der Veränderung der Impulskette liegt darin, daß, wenn ein unerwünschter Beobachter mit der Impulskette vertraut werden sollte, die Impulskette sofort verändert werden kann, ohne daß man die Impulserzeugungsapparatur modifizieren muß.
3a zeigt einen Einfachausgangsimpuls 38, der unter Verwendung einer Apparatur erreicht werden kann, die ähnlich der mit Bezug auf 1 beschriebenen ist. Wie in 1 beschrieben ist, ist eine Strahlungsquelle 2 mit einem Elektromagnetstrahlenteiler 6 über ein optisches Verbindungskabel 4 verbunden. Strahlungsimpulse 22, die von der Strahlungsquelle 2 erzeugt werden, werden über das optische Kabel 4 zum Strahlenteiler 6 übertragen, wo die Impulsenergie auf fünf optische Fasern 7, 8, 10, 12, 14 verteilt wird, die verschiedene physikalische Eigenschaften haben. Beim Beispiel nach 1 sind die optischen Fasern Verzögerungsleitungen mit unterschiedlichen Zeitverzögerungen, was dort in Mehrfachausgangsimpulsen 26, 30, 34 resultiert, die eine Kette diskreter Impulse bilden. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die optischen Fasern Verzögerungsleitungen, die eine nur sehr kleine Differenz der Zeitverzögerung zwischen den Fasern haben, so daß die Strahlungsimpulse fast gleichzeitig beim Kombinierer ankommen. Dabei überlappt sich ein Impuls mit dem anderen, so daß das resultierende Ausgangssignal ein Einfachimpuls 38 ist, dessen Dauer größer als diejenige des Eingangsimpulses 22 ist.
Die Zeitverzögerungen können durch Variieren der physikalischen Eigenschaften der optischen Fasern 7, 8, 10, 12, 14 eingebracht werden, wie oben mit Bezug auf 1 beschrieben ist.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die auf den Strahlenteiler 6 auftreffende Energie des Impulses 22 gleichmäßig auf die fünf optischen Verzögerungsleitungen 7, 8, 10, 12, 14 verteilt, wobei jede Faser also einen Impuls mit einem Fünftel der Gesamtenergie des Eingangsimpulses 22 führt, sofern nicht ein Verstärkungsmechanismus in den einzelnen Verzögerungsleitungen eingesetzt wird. Es sind auch andere Energieverteilungen möglich, beispielsweise zum Erzeugen der Ausgangsimpulse 40 oder 42, die in den 3b bzw. 3c dargestellt sind. Ähnliche Ausgangsimpulse wie die in 3b und 3c gezeigten können auch dadurch erreicht werden, daß man bei mehr als einer Verzögerungsleitung die gleiche Zeitverzögerung zuläßt.
Schalter, wie sie mit Bezug auf 2 beschrieben sind, können ebenfalls eingesetzt werden, um den Durchgang von Impulsen durch bestimmte Fasern zu sperren, um so den Ausgangsimpuls bzw. die Ausgangsimpulskette weiter zu variieren.
Weitere Vorteile und Verbesserungen gegenüber Systemen nach dem Stand der Technik ergeben sich für den Fachmann aus der vorstehenden Beschreibung in naheliegender Weise, und solche Ausführungsformen und alternativen Ausführungsformen, die das erfindungsgemäße Konzept der obigen Beschreibung benutzen, werden als in dem Bereich der beanspruchten Erfindung fallend angesehen.

Claims

Mehrfachimpulsgeber für elektromagnetische Strahlung, mit einer Quelle für elektromagnetische Strahlung zum Erzeugen diskreter Strahlungsimpulse, einem Elektromagnetstrahlenteiler zum Empfang der von der Elektromagnetstrahlenquelle erzeugten Strahlungsimpulse, wobei der Strahlenteiler eine Mehrzahl von Übertragungswegen für die empfangenen Impulse bereitstellt, die jeweils physikalische Eigenschaften zum Modifizieren der durch sie hindurchpassierenden Strahlungsimpulse relativ zu den Eingangsimpulsen aufweisen, und wobei mindestens einer der Übertragungswege ein Schaltmittel zum Wirksam- oder Unwirksamschalten des Übertragungswegs enthält und dadurch das Durchlassen oder Sperren eines Impulses der elektromagnetischen Strahlung durch diesen Übertragungsweg ermöglicht, einem Elektromagnetstrahlenkombinierer zum Kombinieren der modifizierten Ausgangssignale der genannten Mehrzahl von Übertragungswegen, und mindestens einen Ausgangsübertragungsweg für die Übertragung des kombinierten Elektromagnetstrahlen-Ausgangssignals, wobei mindestens zwei der genannten Übertragungswege unterschiedliche Zeitverzögerungen relativ zueinander einbringen, derart, dass das kombinierte Elektromagnetstrahlen-Ausgangssignal mindestens einen Impuls enthält, dessen Dauer länger als diejenige des Eingangsimpulses ist.
Mehrfachimpulsgenerator nach Anspruch 1, wobei mindestens zwei der genannten Übertragungswege unterschiedliche Zeitverzögerungen relativ zueinander einbringen, derart, dass das kombinierte Elektromagnetstrahlen-Ausgangssignal einen einzigen Impuls umfasst, der eine längere Dauer als der Eingangsimpuls hat.
Mehrfachimpulsgeber nach Anspruch 1, wobei die genannten Übertragungswege unterschiedliche Zeitverzögerungen relativ zueinander einbringen, derart, dass das kombinierte Elektromagnetstrahlen-Ausgangssignal eine Ausgangsimpulskette aus mindestens zwei diskreten Impulsen umfasst, wobei mindestens ein Impuls der Ausgangsimpulskette eine längere Dauer als der Eingangsimpuls hat.
Mehrfachimpulsgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine Mehrzahl der genannten Übertragungswege jeweils mit einem zugeordneten Schaltmittel versehen ist und jedes Schaltmittel zum Wirksam- oder Unwirksamschalten des jeweiligen Übertragungswegs betätigbar ist.
Mehrfachimpulsgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei jeder der genannten Übertragungswege einem zugeordneten Schaltmittel ausgestattet ist und jedes Schaltmittel zum Wirksam- oder Unwirksamschalten des jeweiligen Übertragungswegs betätigbar ist.
Mehrfachimpulsgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das oder jedes Schaltmittel ein Photonenschalter ist.
Mehrfachimpulsgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Elektromagnetstrahlenteiler zum gleichmäßigen Verteilen der Energie der Elektromagnetstrahlenimpulse auf die Übertragungswege ausgelegt ist.
Mehrfachimpulsgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Elektromagnetstrahlenteiler für ein ungleichmäßiges Verteilen der Energie der Elektromagnetstrahlenimpulse auf die Übertragungswege ausgelegt ist.
Mehrfachimpulsgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei jeder Übertragungsweg eine optische Faser ist.