WO2024047301A1 - Terminal optique de communication par signaux laser - Google Patents

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WO2024047301A1
WO2024047301A1 PCT/FR2023/051216 FR2023051216W WO2024047301A1 WO 2024047301 A1 WO2024047301 A1 WO 2024047301A1 FR 2023051216 W FR2023051216 W FR 2023051216W WO 2024047301 A1 WO2024047301 A1 WO 2024047301A1
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laser beam
light beam
useful
receiver
optical terminal
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PCT/FR2023/051216
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English (en)
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Andrew THAIN
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Airbus Defence And Space Sas
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Publication date
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    • H04K3/45—Jamming having variable characteristics characterized by including monitoring of the target or target signal, e.g. in reactive jammers or follower jammers for example by means of an alternation of jamming phases and monitoring phases, called "look-through mode"

Definitions

  • the present description relates to a terminal, a system and a method for optical communication by laser signals. It relates more particularly to such terminals, systems and methods which make it possible to transmit useful signals to a recipient in a manner which is secure with respect to unwanted reception by a third party.
  • this illumination is not completely zero outside the direction of transmission, and a spy receiver which is close to the free field propagation path which connects the transmitter to the recipient receiver could perhaps succeed in detecting successfully transmitted signals.
  • the terminal transmitting the signals is called Alice
  • the receiver receiving these signals is called Bob
  • the spy who is likely to detect the signals transmitted by Alice to Bob is called Eve.
  • Such a need to communicate securely applies to usual communications by laser beam, to transmit unencrypted data, but it also applies to the transmission of encryption keys, in particular encryption keys.
  • encryption keys in particular encryption keys.
  • the key generation rate requirements are determined by the level of security that is required by the cryptographic protocol used, and by the length of each useful content that is to be transmitted in an encrypted manner. The highest security is provided by an OTP type protocol, for “One time pad” in English, but lower levels of security are provided by other protocols, such as the AES3 protocol.
  • an aim of the present invention is to improve the level of security of communications by laser signals.
  • the invention aims to reduce the risk that a spy receiver which is located near the propagation path of the laser signals, or outside an exclusion volume, can successfully detect the signals transmitted.
  • An additional aim of the invention is to make it possible to increase the key generation rate for a laser beam communication mode.
  • a first aspect of the invention proposes an optical terminal for communication by laser signals, adapted to emit a laser beam, called a useful laser beam, which is modulated by so as to transmit useful signals to an external optical receiver at the optical terminal, called the recipient receiver.
  • the useful laser beam has at least one wavelength and forms at least one illumination spot inside a plane, called the reception plane, which is perpendicular to a direction of propagation of the useful laser beam. and which is located at the recipient receiver.
  • the optical terminal is adapted to further emit a jamming light beam, so that the useful laser beam and the jamming light beam satisfy the following properties:
  • a direction of emission of the jamming light beam is such that this jamming light beam forms, in the reception plane, a superposition with the useful laser beam;
  • the jamming light beam has a non-zero spectral power value for the wavelength of the useful laser beam, such that at this wavelength and in the reception plane, the jamming light beam constitutes a contribution noise compared to useful signals;
  • - respective intensities of the useful laser beam and the jamming light beam are such that at the wavelength of the useful laser beam and in the reception plane, there exists a zone, called the destination zone, inside which the superposition of the two beams presents values of a signal-to-noise ratio, for the useful signals, at any point in the destination zone which are all greater than a limit value, and this signal-to-noise ratio -noise simultaneously has values which are all less than the limit value at any other point in the reception plane outside the destination area.
  • the invention therefore establishes security by additional physical layer, for the transmission of useful signals in the case of a communication mode which uses laser beam propagation in a free field.
  • useful signals are understood to mean signals which result from the modulation of the useful laser beam in order to transcribe data into a format which allows transmission to the recipient receiver.
  • the optical terminal for communication by laser signals which is the subject of the first aspect of the invention is Alice according to the conventional name in the technical field of quantum encryption, and the recipient receiver is Bob.
  • the invention therefore adds the jamming light beam to the useful laser beam, during communication from Alice to Bob, to reduce the possibility that a spy, that is to say Eve, manages to detect the useful signals by placing a spy receiver near Bob.
  • the optical terminal can be adapted to emit the jamming light beam by adjusting a defocusing of this jamming light beam, or inside a common instrument which produces the laser beam useful and the jamming light beam, or inside an instrument which produces the jamming light beam while being separated from another instrument which produces the useful laser beam.
  • the optical terminal can be adapted so that the useful laser beam and the jamming light beam, as emitted by the optical terminal, have respective emission diagram shapes which are the same.
  • emission diagrams each expressed in the form of angular power density values as a function of values of an angular deviation relative to a central direction of emission, are all both decreasing, or have the same successive alternations of decrease and growth.
  • the useful laser beam and the jamming light beam, as emitted by the terminal can have Gaussian profiles.
  • the jamming light beam can be another laser beam.
  • the optical terminal can be adapted so that at any point inside the destination zone, the useful laser beam produces an illuminance value which is greater than an illuminance value of the jamming light beam at the wavelength of the useful laser beam, and so that at any other point on the reception plane outside the destination zone, the useful laser beam simultaneously produces a value of illuminance which is less than an illuminance value of the jamming light beam also at the wavelength of the useful laser beam.
  • the jamming light beam constitutes the main source of noise, compared to other contributions to the noise which may otherwise exist and which would be much weaker, the limiting value of the signal-to-noise ratio is then approximately equal to one to the border of the destination area.
  • the optical terminal can be adapted so that the jamming light beam is modulated randomly or pseudo-randomly.
  • the noise which is thus produced by the jamming light beam can have any spectral characteristic. In particular, it may be a spectral characteristic of white noise, spontaneous emission noise, thermal noise, etc.
  • the optical terminal can be adapted so that each of the useful laser beam and the jamming light beam is modulated in the form of successive pulses.
  • the invention is compatible with other modulation modes, such as polarization modulation, frequency modulation or phase modulation, for example.
  • the jamming light beam can be another laser beam, which then has a wavelength identical to that of the useful laser beam.
  • the optical terminal can comprise a noise source which is arranged to modulate the jamming light beam.
  • the optical terminal may comprise an output optic, in particular of the telescope type, which is arranged to simultaneously transmit the useful laser beam and the jamming light beam in superposition. one with the other in this exit perspective.
  • Such first embodiments for the optical terminal reduce its mass and its bulk, which is particularly advantageous for an optical terminal which is on board a satellite.
  • the optical terminal may comprise two output optics which are separate, each output optic being able in particular to be of the telescope type, one such being arranged to transmit the useful laser beam and the other to transmit the jamming light beam.
  • the optical terminal can further comprise at least one detector, called intrusion detector, which is adapted to reveal another optical receiver external to the optical terminal, called spy receiver and corresponding to Eve, if this spy receiver is located in a zone of the reception plane, called exclusion zone, which contains the destination zone while being larger than the latter.
  • intrusion detector may include at least one of a radar system, an infrared detection system, and a LIDAR system.
  • the optical terminal and the LIDAR system can share a output optics through which the useful laser beam and the radiation from the LIDAR system are transmitted, and possibly also the jamming light beam, and through which part of the radiation emitted by the LIDAR system is collected which has been retroreflected or backscattered by the receiver spy.
  • Shared output optics means output optics from the terminal in which the beam(s) and the radiation of the LIDAR system are superimposed.
  • a second aspect of the invention proposes a carrier vehicle such as a satellite, a land vehicle, a ship, an aircraft, a drone, or a high-altitude platform station, commonly designated by HAPS for “High- Altitude Platform Station” in English, this carrier comprising an optical terminal which conforms to the first aspect of the invention, including its improvements, and which is on board the carrier.
  • the invention then makes it possible to improve the level of security of so-called downlink communications in the case of transmissions from the satellite to the land vehicle, ship, aircraft, drone, or the high altitude platform station, or so-called uplink communications in the case of transmissions from the land vehicle, ship, aircraft, drone, or the high altitude platform station to the satellite.
  • a third aspect of the invention proposes a transmission station, in particular such a station which is fixed on the surface of the Earth, this transmission station comprising an optical terminal which conforms to the first aspect of the invention, including including its improvements.
  • the invention makes it possible to improve the level of security of uplink communications from the transmission station to a satellite.
  • a fourth aspect of the invention proposes a laser signal communication system comprising an optical terminal which conforms to the first aspect of the invention, a recipient receiver which is external to the optical terminal, and means for revealing a receiver spy, which is external to the optical terminal and to the recipient receiver, if this spy receiver is located in the exclusion zone.
  • the system may include means for preventing any spy receiver from being in the exclusion zone. Then, the superposition of the useful laser beam and the jamming light beam presents values of the signal-to-noise ratio, for the useful signals, at any point of the reception plane outside the exclusion zone , which are all lower than an additional limit value, this additional limit value being lower than the limit value relating to the destination zone.
  • a fifth aspect of the invention proposes a method of transmitting useful signals between an optical terminal which conforms to the first aspect of the invention, and which is the transmitter of the useful signals, and a recipient receiver which is external to the optical terminal, and to which the useful signals are intended. According to this process:
  • the useful laser beam is emitted in the direction of the destination receiver so that this destination receiver is inside the destination zone;
  • the jamming light beam is emitted by the optical terminal so that the useful laser beam is superimposed on the jamming light beam.
  • the jamming light beam can be activated before the transmission of useful signals begins, then maintained until after an interruption of this transmission.
  • the optical terminal can be on board a satellite which is in orbit around the Earth, and the recipient receiver can be part of a terrestrial receiving station fixed, or may be on board a vehicle or vessel that is on the surface of the Earth, or on board an aircraft, drone or high-altitude platform station, or may be a part of portable equipment for a user who is on the Earth's surface.
  • the optical terminal may be part of a fixed terrestrial transmission station, or may be on board a vehicle or vessel which is at the surface of the Earth, or on board an aircraft, drone or high-altitude platform station, or may be part of portable equipment for a user who is on the surface of the Earth .
  • the recipient receiver can then be embarked on board a satellite which is in orbit around the Earth.
  • the method can be combined with the use of at least one intrusion detector to reveal a spy receiver which is external to the optical terminal and to the recipient receiver, if this spy receiver is located in the exclusion zone such than defined above.
  • the intrusion detector may in particular be of one of the types mentioned above. It can be preferably located at the optical terminal which transmits the useful signals, or at the destination receiver. In the first case, the intrusion detector can be incorporated at least partly into the optical terminal emitting useful signals.
  • FIG. 1 illustrates a possible implementation of the invention from a satellite
  • FIG. 2 illustrates a first possible embodiment for an optical terminal which conforms to the invention
  • FIG. 3 illustrates a second possible embodiment for an optical terminal which conforms to the invention.
  • FIG. 4 is a diagram which shows illumination distributions used to implement the invention.
  • FIG. 1 illustrates a use of the invention for transmitting data from a satellite 10, for example a low-altitude orbiting satellite, to a terrestrial receiving station 20, commonly called a ground station.
  • the ground station 20 is fixed, but it can also be mobile, the communication receiver then being on board a carrier vehicle, whatever the land, nautical or air type of this carrier vehicle.
  • the mode of communication is the transmission of laser signals in a free field, which is well known to those skilled in the art.
  • the data to be transmitted are coded in the form of intensity modulations of a laser beam which is emitted from the satellite 10 towards the ground station 20, called the useful laser beam and designated by FU, thus constituting the laser signals which are transmitted.
  • the satellite 10 is equipped with an optical terminal for communication by laser signals 1, and the ground station 20 is equipped with a recipient receiver 2.
  • the constitutions and operations of the terminal 1 and the receiver 2 are known, if although the description which follows is limited to the modifications which are made according to the invention to the terminal 1 and to the receiver 2.
  • the wavelength of the useful laser beam FU can be approximately 1.5 pm (micrometer).
  • the invention can be applied to the transmission of any type of data from terminal 1 to receiver 2, including image data, quantum encryption keys, keys of other types of encryption, etc.
  • the central direction of propagation of the useful laser beam FU is denoted AA.
  • the useful laser beam FU has a small section at the satellite 10, corresponding to the exit pupil of the terminal 1, and has a larger section at the ground station 20.
  • the beam useful laser FU produces a spot of illumination in a reception plane PR which is tangent to the surface of the Earth at the location of the ground station 20.
  • the useful laser beam FU has a sufficient value of a signal-to-noise ratio at the location of the recipient receiver 2.
  • the part of the illumination spot in which the signal-to-noise ratio is greater at a limit value which allows the successful detection of laser signals is called destination zone, and denoted ZD.
  • Terminal 1 must then be controlled to point the laser beam useful FU so that the destination receiver 2 is inside the destination zone ZD at all times during data transmission.
  • the destination zone ZD is larger than the space which is occupied by the destination receiver 2.
  • a spy receiver 3 which would also be located in the zone destination ZD, although separated from the destination receiver 2, could detect simultaneously with the latter and successfully the useful laser signals transmitted by the terminal 1.
  • the useful laser beam FU actually has a transverse extension which extends beyond the destination zone ZD, even if the spy receiver 3 is outside this destination zone ZD, it could still detect part useful laser signals, although with an error rate which increases as a function of the distance of the spy receiver 3 relative to the central direction of propagation A-A.
  • the aim of the invention is then to reduce the possibility for the spy receiver 3, commonly called Eve, to successfully receive the data which are transmitted by the terminal 1, called Alice, to the recipient receiver 2, called Bob.
  • the following description is provided assuming that the spy receiver 3 is in the reception plan PR, because this plan corresponds in practice to the maximum risk of intrusion by Eve, but those skilled in the art will be able to transpose this description to any level along the central propagation direction A-A at which spy receiver 3 might be located.
  • the terminal 1 emits, at the same time as the useful laser beam FU, a jamming light beam FB so that the two beams FU and FB are superimposed in the reception plane PR.
  • the two beams FU and FB have respective central directions of propagation which are almost identical, due to the distance of the terminal 1 from the destination receiver 2.
  • the jamming light beam FB has the function of producing values of the signal-to-noise ratio outside the destination zone ZD, which are greater than the limit value which makes it possible to successfully detect the useful laser signals transmitted by the terminal 1.
  • the jamming light beam FB In order for the jamming light beam FB to produce noise which cannot be optically filtered, it has an optical wavelength which is identical to that of the useful laser beam FU.
  • the jamming light beam FB is also a laser beam.
  • its wavelength is identical to that of the useful laser beam FU, and the power spectral of the jamming light beam FB is then equivalent to the output power of the light source which produces it, also commonly called intensity of the jamming light beam FB.
  • the jamming light beam FB is produced by optical sources of other types, such as based on one or more light-emitting diodes, or LEDs, by example. So that the jamming light beam FB constitutes noise compared to the useful laser beam FU, the two beams FU and FB also have the same type of modulation.
  • the two beams are modulated in intensity to transmit their respective radiation in the form of successive pulses.
  • the modulation of the useful laser beam FU is produced to transfer the data to the destination receiver 2
  • the modulation of the jamming light beam FB is produced independently of that of the useful laser beam FU, in order to produce jamming noise for the signals useful laser.
  • the modulations of the jamming light beam FB can be random or pseudo-random.
  • FIG. 2 symbolically shows a first possible design for the terminal 1, according to which the two beams FU and FB are transmitted to the outside by a common output optic 11.
  • this output optics 1 1 can be a telescope.
  • Two object focal planes PFu and PFB are associated with this output optics 11 using a beam splitter 12 to superimpose the beams FU and FB in the direction of the output optics 11.
  • the beam splitter 12 can be a biprism with intensity division.
  • a source of the useful laser beam FU designated by the reference 13a, is arranged to deliver this useful laser beam FU with a divergence from a first focus which is located in the focal plane PFu.
  • the system 12a controls the modulation of the useful laser beam FU so that this beam carries the data to be transmitted. Due to the position of the first focus in the focal plane PFu, the useful laser beam FU is collimated downstream of the output optics 11, towards the destination receiver 2.
  • a source of the jamming light beam FB designated by the reference 13b, is also arranged to deliver this jamming light beam FB with a divergence from a second focus which is located in front of the focal plane PFB, in the direction of the beam splitter 12.
  • d designates the defocusing distance which is created between the second focus and the PFB focal plane, being adjustable.
  • the jamming light beam FB can have, downstream of the output optics 1 1, a divergence which is adjustable, by controlling the defocusing distance d.
  • the jamming light beam FB then produces in the reception plane PR an illumination spot which is larger than that of the useful laser beam FU, while being co-centered with the latter.
  • Reference 12b designates a system for controlling the modulation of the jamming light beam FB, so that this beam FB carries a jamming signal, deliberately according to the invention.
  • Different sources of random or pseudo-random noise can be used alternatively in system 12b depending on the spectral characteristics that are desired for this noise. Such noise sources are known to those skilled in the art, as are their implementations.
  • [Fig. 2] is an example of a single-instrument embodiment of the invention.
  • FIG. 3 shows in modular form a second possible design for the terminal 1, according to which the two beams FU and FB are transmitted to the outside by two output optics which are separated and juxtaposed, designated by 1 1 a and 1 1 b. These two output optics can each be a telescope.
  • Terminal 1 then includes two transmission channels: transmission channel 1 a to transmit the useful laser beam FU, and transmission channel 1 b to transmit the jamming light beam FB.
  • the two transmission channels 1 a and 1 b are supported by the chassis of satellite 10.
  • the emission channel 1a may have a usual structure known to those skilled in the art, as briefly recalled now.
  • the optical source 13a transmits the useful laser beam FU, modulated by the control system 12a in accordance with the data to be transmitted, to a point-ahead module, which is designated by the reference 14a.
  • the beam FU as it emerges from the forward pointing module 14a is transmitted to the output optics 11a through a relay optics 15a and a main pointing system 16a.
  • the relay optics 15a and the main pointing system 16a are included in a control loop to ensure that the useful laser beam FU continuously reaches the receiver 2.
  • This control loop includes a tracking detector 18a, or “tracking detector” in English, and a vibration compensator 19a, commonly called “jitter controller” in English.
  • the tracking detector 18a in combination with the vibration compensator 19a, controls the orientation of the main pointing system 16a.
  • the vibration compensator 19a is itself supplied as input with detection signals which are delivered by an inertial sensor 20a, and which are representative of vibrations and changes in orientation which affect the chassis of the satellite 10. In this way, the destination zone ZD remains precisely and continuously on the destination receiver 2 despite the vibrations of the satellite 10.
  • an optical communication receiver 17a can be arranged from an additional optical output of the relay optics 15a, to detect and processing optical communication signals which are transmitted by the receiver 2.
  • the transmission channel 1 b which is dedicated to the jamming light beam FB, can have a simplified structure by being coupled to the transmission channel 1 a.
  • the optical source 13b produces the jamming light beam FB, modulated by the control system 12b to produce the noise in accordance with the invention.
  • the transmission channel 1b comprises a forward pointing module 14b, relay optics 15b, a main pointing system 16b, a vibration compensator 19b and inertial sensor 20b.
  • transmission channel 1 b does not have a dedicated tracking detector, and the vibration compensator 19b receives as input the detection signals from the recipient receiver which are delivered by the tracking detector. tracking 18a, in addition to the detection signals which are delivered by the inertial sensor 20b.
  • the jamming light beam FB is transmitted by the output optics 11 b according to the central direction of propagation A-A, so that the two beams FU and FB are co-centered in the reception plane PR due to the very great distance of this reception plan PR from terminal 1.
  • FIG. 3 is an example of an embodiment of the invention with two separate instruments, one dedicated to producing the useful laser beam FU, and the other dedicated to producing the jamming light beam FB.
  • the useful laser beam FU which can have a Gaussian or substantially Gaussian radial profile
  • the jamming light beam FB which can also have a Gaussian or substantially Gaussian radial profile.
  • the useful laser beam FU is emitted by the terminal 1 with an intensity which ensures that the The illumination of this useful laser beam FU in the illumination spot is much greater than the illumination of the ATM atmospheric noise.
  • the noise is therefore mainly produced by the jamming light beam FB. For this reason, ATM atmospheric noise is no longer mentioned in the following.
  • the destination zone ZD can be defined by a minimum signal-to-noise ratio value for a receiver which is located inside it.
  • this minimum value of the signal-to-noise ratio may correspond to a minimum acceptable reception error rate for a receiver which is located anywhere within this destination zone ZD.
  • the destination zone ZD Due to the symmetry around the central direction of propagation AA, the destination zone ZD is a disk or more generally a portion of surface which is limited by an ellipse, inside the reception plane PR.
  • the destination zone ZD can be defined by a minimum value of the signal-to-noise ratio which is equal to 1.0.
  • the circle or ellipse which then constitutes the peripheral border of the destination zone ZD corresponds to the points of the reception plane PR where the two beams FU and FB have the same illuminance value, as shown in [Fig. 4],
  • the description is continued assuming that the destination zone ZD is a disk, it being understood that those skilled in the art will be able to transpose the elements and characteristics described in the case of a destination zone ZD of elliptical shape.
  • the improvement which is now described aims to ensure that the spy receiver 3 cannot access the data transmitted by the terminal 1 to the recipient receiver 2, with an additional security measure.
  • an exclusion zone ZE is provided in the reception plane PR, which is larger than the destination zone ZD, and outside of which the signal-to-noise ratio is further reduced compared to its value at the border of the destination zone ZD.
  • the limiting value of the signal-to-noise ratio which is produced on the border of the destination zone ZD guarantees that the destination receiver 2 can detect the transmitted signals with a sufficiently low error rate.
  • This limit value is denoted SNRD.
  • the signal-to-noise ratio is therefore greater than this SNRD limit value at any point inside the destination zone ZD.
  • the signal-to-noise ratio is less than an additional limit value, denoted SNRE, at any point of the reception plane PR which is outside the exclusion zone ZE.
  • the additional limit value SNRE is therefore produced on the peripheral limit of the exclusion zone ZE.
  • the limit value SNRD is greater than the additional limit value SNRE, and the difference between the two constitutes the additional security which is provided for the confidentiality of the transmitted data.
  • the transmission system between the terminal 1 and the receiver 2 can be provided with means of preventing entry of the spy receiver 3 into this exclusion zone.
  • Such means of prevention can have any form, such as isolation barriers for example.
  • the transmission system between the terminal 1 and the receiver 2 can be provided with at least one intrusion detector 30 which is capable of revealing the spy receiver 3 as soon as the latter is located in the detection zone.
  • ZE exclusion The ZE exclusion zone is shown in [Fig. 1 ] and [Fig. 4],
  • the intrusion detector 30 can be of any type effective in revealing the presence of a spy receiver inside the exclusion zone ZE. It can be located near the destination receiver 2, or on board the satellite 10 as shown in [Fig. 1 ], possibly being at least partly incorporated into terminal 1. Alternatively, the intrusion detector 30 can be located at a distance from the receiver 2 and the terminal 1, for example by being on board an aircraft and pointed towards the exclusion zone ZE. Such an intrusion detector 30 may consist of one or more radar system(s), one or several infrared detection system(s), or one or more LIDAR system(s), for “Light Detection And Ranging” in English, or light detection and ranging system(s).
  • Such a LIDAR system emits radiation in the direction of the exclusion zone ZE, and part of this radiation which has been retroreflected or backscattered by the spy receiver 3, if the latter is inside the exclusion zone ZE , is detected and analyzed, in particular to obtain information on the distance at which the spy receiver 3 is located.
  • the operation of such a LIDAR system is assumed to be known, so that it is not necessary to repeat it here.
  • this LIDAR system can be associated with a scanning system, so that the search and intrusion detection which are produced by the LIDAR operation allow surveillance of the entire exclusion zone ZE.
  • the satellite 10 may have the mission of transmitting confidential data successively to several recipient receivers 2 which are located at different locations on the Earth.
  • the same LIDAR system can be used for all these receivers, successively while the data concerned is transmitted to each recipient receiver 2.
  • FIG. 3 shows a combination in which the LIDAR system of the intrusion detector 30 is integrated into the terminal 1.
  • the radiation that is emitted by the LIDAR system is denoted by R in this figure.
  • the radiation which is emitted towards the outside by the LIDAR system can be transmitted by the output optics 1 1 or 1 1 a.
  • the LIDAR system can be coupled to the pointing of the useful laser beam FU, in a manner similar to that which was described above for emission channel 1 b in [Fig. 3].
  • a scanning system can also be arranged within terminal 1, on a portion of the transmission channel which is dedicated exclusively to the LIDAR system, in order to produce a scan of the exclusion zone ZE by the radiation of the system LIDAR.
  • the Euo value can be adjusted either at the laser source 13a which produces the useful laser beam FU, by selecting an output power value for this laser source, corresponding to the intensity of the beam FU, or by using an optical attenuator which is located between the output of the laser source 13a and the output optics 1 1 or 1 1 a of the terminal 1 which is used to transmit the useful laser beam FU to the outside.
  • the EBO value can be adjusted either at the level of the light source 13b which produces the jamming light beam FB, by selecting a power value output for this light source, corresponding to the intensity of the beam FB, or by using another optical attenuator which is located between the output of the light source 13b and the output optics 11 or 11b of the terminal 1 which is used to transmit the jamming light beam FB to the outside.
  • the four parameters Euo, wu, EBO and WB can be adjusted to produce the limit value SNRD of the signal-to-noise ratio on the peripheral border of the destination zone ZD, and simultaneously the additional limit value SNRE on the peripheral border of the ZE exclusion zone.
  • the value of Euo is much higher than the value of EBO, and the value of wu is lower than the value of WB.
  • the signal-to-noise ratio as perceived by the recipient receiver 2 is directly the EUO/EBO quotient, and can be taken for the SNRD limit value.
  • the value of the signal-to-noise ratio at the peripheral border of the exclusion zone ZE, that is to say the additional limit value SNRE, is then Eu(rE)/EB(rE), where TE is the radius of the peripheral border of the ZE exclusion zone. He then comes
  • the radius TE of the exclusion zone ZE is selected first, in particular according to the spatial coverage of the intrusion detection means 30, or according to the prevention measures which are used to avoid the entry of the spy receiver 3 inside the exclusion zone ZE.
  • the limit value SNRD so that the recipient receiver 2 detects the useful laser signals with an acceptable error rate, the additional limit value SNRE to guarantee a sufficiently high error rate at the peripheral border of the exclusion zone ZE, and the radius wu of the useful laser beam FU in the reception plane PR, in particular as a function of the precision of the pointing of the terminal 1, are also selected as inputs to the parameterization.
  • the value to adopt for the radius of the jamming light beam FB is: w B designates the natural logarithm function, or “natural log function” in English.
  • This value for the radius WB of the jamming light beam FB can in particular be produced by adjusting the defocusing distance d of the light source 13b in the embodiment of [Fig. 2],
  • the value of the WB radius can be achieved by adjusting a defocus of the relay optics 15b.
  • the invention can be reproduced by modifying secondary aspects thereof compared to the detailed description which has just been provided above. Such modifications may depend on the application considered and its specific characteristics.
  • the radius of the destination zone ZD or that wu of the useful laser beam FU in the reception plane PR can be chosen all the greater as the destination receiver 2 is mobile with a high speed.
  • electronic or optical components may be used to replace the components mentioned, when they have functions equivalent to those of the latter, or whose combination of functions reproduces the operation described.

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Abstract

Un terminal optique (1) de communication par signaux laser est adapté pour émettre, en plus d'un faisceau laser utile (FU) qui transporte des données à transmettre, un faisceau lumineux de brouillage (FB), de sorte que les deux faisceaux soient superposés dans un plan de réception (PR). Le terminal optique permet à un récepteur destinataire (2) de recevoir les données avec une valeur de rapport signal-sur-bruit qui soit suffisamment élevée, tout en produisant simultanément une autre valeur du rapport signal-sur-bruit qui soit effective pour un récepteur espion (3), et qui soit suffisamment basse pour empêcher une réception des données par ledit récepteur espion.

Description

Description
Titre : TERMINAL OPTIQUE DE COMMUNICATION PAR SIGNAUX LASER
Domaine technique
[0001] La présente description concerne un terminal, un système et un procédé de communication optique par signaux laser. Elle concerne plus particulièrement de tels terminal, système et procédé qui permettent de transmettre des signaux utiles à un destinataire d’une façon qui soit sécurisée par rapport à une réception par un tiers non- désirée.
Technique antérieure
[0002] Le besoin de communiquer de manière sécurisée concerne tous les modes de communication, y compris les transmissions de signaux qui sont effectuées par modulation d’un faisceau laser. En effet, le mode de communication par signaux laser qui se propagent en champ libre («free space» en anglais) est destiné à être utilisé de plus en plus, notamment entre un satellite qui est en orbite autour de la Terre et un récepteur qui est situé sur Terre. Mais d’autres configurations d’utilisation sont aussi possibles. La communication par signaux laser est particulièrement avantageuse pour ce qui concerne la sécurité par rapport à une détection par un espion des signaux qui sont transmis entre un émetteur et un récepteur destinataire, car une partie principale du faisceau laser qui est modulé pour transmettre les signaux est concentrée dans une section transversale limitée. Ainsi, l’éclairement qui est produit par le faisceau décroît rapidement en dehors de la direction d’émission. Toutefois, cet éclairement n’est pas tout à fait nul en dehors de la direction d’émission, et un récepteur espion qui serait proche du chemin de propagation en champ libre qui relie l’émetteur au récepteur destinataire pourrait peut-être parvenir à détecter avec succès les signaux transmis. Usuellement, le terminal émetteur des signaux est appelé Alice, le récepteur destinataire de ces signaux est appelé Bob, et l’espion qui est susceptible de détecter les signaux transmis par Alice à Bob est appelé Eve.
[0003] Un tel besoin de communiquer de manière sécurisée s’applique à des communications usuelles par faisceau laser, pour transmettre des données non-cryptées, mais il s’applique aussi à la transmission de clés de cryptage, notamment de clés de cryptage quantique à variable continue ou à variable discrète. Les besoins de taux de génération de clés, ou «key generation rate» en anglais, sont déterminés par le niveau de sécurité qui est requis par le protocole cryptographique utilisé, et par la longueur de chaque contenu utile qui est à transmettre de façon cryptée. La sécurité la plus élevée est procurée par un protocole du type OTP, pour «One time pad» en anglais, mais des niveaux de sécurité plus faibles sont procurés par d’autres protocoles, tels que le protocole AES3.
Problème technique
[0004] Pour de telles applications, mais aussi pour d’autres, un but de la présente invention est d’améliorer le niveau de sécurité de communications par signaux laser.
[0005] Plus particulièrement, l’invention a pour but de réduire le risque qu’un récepteur espion qui est situé à proximité du chemin de propagation des signaux laser, ou en dehors d’un volume d’exclusion, puisse détecter avec succès les signaux transmis.
[0006] Un but annexe de l’invention est de permettre d’augmenter le taux génération de clés pour un mode de communication par faisceau laser.
Résumé de l’invention
[0007] Pour atteindre l’un au moins de ces buts ou un autre, un premier aspect de l’invention propose un terminal optique de communication par signaux laser, adapté pour émettre un faisceau laser, appelé faisceau laser utile, qui est modulé de façon à transmettre des signaux utiles à destination d’un récepteur optique externe au terminal optique, appelé récepteur destinataire. Pour cela, le faisceau laser utile possède au moins une longueur d’onde et forme au moins une tache d’éclairement à l’intérieur d’un plan, appelé plan de réception, qui est perpendiculaire à une direction de propagation du faisceau laser utile et qui est situé au niveau du récepteur destinataire.
[0008] Selon l’invention, le terminal optique est adapté pour émettre en outre un faisceau lumineux de brouillage, de sorte que le faisceau laser utile et le faisceau lumineux de brouillage satisfassent les propriétés suivantes :
- le faisceau laser utile et le faisceau lumineux de brouillage sont émis simultanément ;
- une direction d’émission du faisceau lumineux de brouillage est telle que ce faisceau lumineux de brouillage forme, dans le plan de réception, une superposition avec le faisceau laser utile ;
- le faisceau lumineux de brouillage possède une valeur de puissance spectrale non-nulle pour la longueur d’onde du faisceau laser utile, telle qu’à cette longueur d’onde et dans le plan de réception, le faisceau lumineux de brouillage constitue une contribution de bruit par rapport aux signaux utiles ; et
- des intensités respectives du faisceau laser utile et du faisceau lumineux de brouillage sont telles qu’à la longueur d’onde du faisceau laser utile et dans le plan de réception, il existe une zone, appelée zone de destination, à l’intérieur de laquelle la superposition des deux faisceaux présente des valeurs d’un rapport signal-sur-bruit, pour les signaux utiles, en n’importe quel point de la zone de destination qui sont toutes supérieures à une valeur limite, et ce rapport signal-sur-bruit possède simultanément des valeurs qui sont toutes inférieures à la valeur limite en n’importe quel autre point du plan de réception à l’extérieur de la zone de destination.
[0009] L’invention instaure donc une sécurité par couche physique additionnelle, pour la transmission de signaux utiles dans le cas d’un mode de communication qui utilise une propagation de faisceau laser en champ libre. Dans le cadre de la présente description, on entend par signaux utiles les signaux qui résultent de la modulation du faisceau laser utile afin de transcrire des données dans un format qui en permet la transmission au récepteur destinataire. Le terminal optique de communication par signaux laser qui est l’objet du premier aspect de l’invention est Alice selon l’appellation conventionnelle du domaine technique du cryptage quantique, et le récepteur destinataire est Bob. L’invention ajoute donc le faisceau lumineux de brouillage au faisceau laser utile, lors de la communication d’Alice à Bob, pour réduire la possibilité qu’un espion, c’est-à-dire Eve, parvienne à détecter les signaux utiles en plaçant un récepteur espion à proximité de Bob. Grâce à l’ajustement de l’intensité du faisceau lumineux de brouillage par rapport à celle du faisceau laser utile, tel que proposé par l’invention, la détection des signaux utiles par Eve en plaçant un récepteur espion en dehors de la zone de destination est rendu plus difficile, voire impossible. Cette confidentialité est obtenue par l’invention sans dégrader sensiblement la qualité de la transmission entre Alice et Bob. [0010] De façon générale pour l’invention, le terminal optique peut être adapté pour émettre le faisceau lumineux de brouillage en ajustant une défocalisation de ce faisceau lumineux de brouillage, soit à l’intérieur d’un instrument commun qui produit le faisceau laser utile et le faisceau lumineux de brouillage, soit à l’intérieur d’un instrument qui produit le faisceau lumineux de brouillage en étant séparé d’un autre instrument qui produit le faisceau laser utile.
[0011] Aussi de façon générale pour l’invention, le terminal optique peut être adapté pour que le faisceau laser utile et le faisceau lumineux de brouillage, tels qu’émis par le terminal optique, aient des formes respectives de diagramme d’émission qui sont identiques. Par formes identiques de diagramme d’émission, on entend que les diagrammes d’émission, exprimés chacun sous forme de valeurs de densité angulaire de puissance en fonction de valeurs d’un écart angulaire par rapport à une direction centrale d’émission, sont tous les deux décroissants, ou ont des mêmes alternances successives de décroissance et de croissance. En particulier, le faisceau laser utile et le faisceau lumineux de brouillage, tels qu’émis par le terminal, peuvent avoir des profils gaussiens.
[0012] Encore de façon générale pour l’invention, le faisceau lumineux de brouillage peut être un autre faisceau laser.
[0013] Préférablement, le terminal optique peut être adapté pour qu’en n’importe quel point à l’intérieur de la zone de destination, le faisceau laser utile produise une valeur d’éclairement qui est supérieure à une valeur d’éclairement du faisceau lumineux de brouillage à la longueur d’onde du faisceau laser utile, et pour qu’en n’importe quel autre point du plan de réception à l’extérieur de la zone de destination, le faisceau laser utile produise simultanément une valeur d’éclairement qui est inférieure à une valeur d’éclairement du faisceau lumineux de brouillage aussi à la longueur d’onde du faisceau laser utile. Lorsque le faisceau lumineux de brouillage constitue la principale source de bruit, par rapport à d’autres contributions au bruit pouvant exister par ailleurs et qui seraient beaucoup plus faibles, la valeur limite du rapport signal-sur-bruit est alors sensiblement égale à un à la frontière de la zone de destination. Toutefois, il n’est pas indispensable que la valeur limite du rapport signal-sur-bruit qui est produite selon l’invention à la frontière de la zone de destination soit égale à un. [0014] De façon générale pour l’invention, le terminal optique peut être adapté de sorte que le faisceau lumineux de brouillage soit modulé de façon aléatoire ou pseudo-aléatoire. Le bruit qui est produit ainsi par le faisceau lumineux de brouillage peut avoir une caractéristique spectrale quelconque. Notamment, ce peut être une caractéristique spectrale de bruit blanc, de bruit d’émission spontanée, de bruit thermique, etc.
[0015] Dans divers modes de réalisation de l’invention, le terminal optique peut être adapté de sorte que chacun du faisceau laser utile et du faisceau lumineux de brouillage soit modulé sous forme d’impulsions successives. Toutefois, l’invention est compatible avec d’autres modes de modulation, tels qu’une modulation de polarisation, une modulation de fréquence ou une modulation de phase, par exemple.
[0016] De façon préférée mais sans être indispensable, le faisceau lumineux de brouillage peut être un autre faisceau laser, qui possède alors une longueur d’onde identique à celle du faisceau laser utile.
[0017] Encore de façon générale pour l’invention, le terminal optique peut comprendre une source de bruit qui est agencée pour moduler le faisceau lumineux de brouillage.
[0018] Dans des premiers modes de réalisation possibles de l’invention, le terminal optique peut comprendre une optique de sortie, notamment de type télescope, qui est agencée pour transmettre simultanément le faisceau laser utile et le faisceau lumineux de brouillage en superposition l’un avec l’autre dans cette optique de sortie. De tels premiers modes de réalisation pour le terminal optique réduisent sa masse et son encombrement, ce qui est particulièrement avantageux pour un terminal optique qui est embarqué à bord d’un satellite.
[0019] Dans des seconds modes de réalisation, alternatifs aux premiers, le terminal optique peut comprendre deux optiques de sortie qui sont séparées, chaque optique de sortie pouvant notamment être du type télescope, l’une Telles étant agencée pour transmettre le faisceau laser utile et l’autre pour transmettre le faisceau lumineux de brouillage.
[0020] Encore de façon générale pour l’invention, le terminal optique peut comprendre en outre au moins un détecteur, appelé détecteur d’intrusion, qui est adapté pour révéler un autre récepteur optique externe au terminal optique, appelé récepteur espion et correspondant à Eve, si ce récepteur espion est situé dans une zone du plan de réception, appelée zone d’exclusion, qui contient la zone de destination en étant plus grande que cette dernière. La sécurité ou confidentialité de la communication par signaux laser peut ainsi être améliorée dans une mesure supplémentaire. Un tel détecteur d’intrusion peut comprendre au moins l’un parmi un système radar, un système de détection infrarouge, et un système LIDAR. Dans un cas où le détecteur d’intrusion comprend un système LIDAR et un système de balayage qui est agencé pour produire un balayage de la zone d’exclusion par le rayonnement émis par le système LIDAR, le terminal optique et le système LIDAR peuvent partager une optique de sortie par laquelle sont transmis le faisceau laser utile et le rayonnement du système LIDAR, et possiblement aussi le faisceau lumineux de brouillage, et par laquelle est collectée une partie du rayonnement émis par le système LIDAR qui a été rétroréfléchie ou rétrodiffusée par le récepteur espion. Par optique de sortie partagée est entendue une optique de sortie du terminal dans laquelle le(s) faisceau(x) et le rayonnement du système LIDAR sont superposés.
[0021] Un deuxième aspect de l’invention propose un engin porteur tel qu’un satellite, un véhicule terrestre, un navire, un aéronef, un drone, ou une station-plateforme à haute altitude, couramment désignée par HAPS pour « High-Altitude Platform Station» en anglais, cet engin porteur comprenant un terminal optique qui est conforme au premier aspect de l’invention, y compris ses perfectionnements, et qui est embarqué à bord de l’engin porteur. L’invention permet alors d’améliorer le niveau de sécurité de communications dites à liaisons descendantes dans le cas de transmissions à partir du satellite à destination du véhicule terrestre, navire, aéronef, drone, ou de la station-plateforme à haute altitude, ou de communications dites à liaisons montantes dans le cas de transmissions à partir du véhicule terrestre, navire, aéronef, drone, ou de la station-plateforme à haute altitude à destination du satellite.
[0022] Un troisième aspect de l’invention propose une station de transmission, notamment une telle station qui est fixe à la surface de la Terre, cette station de transmission comprenant un terminal optique qui est conforme au premier aspect de l’invention, y compris ses perfectionnements. Dans ce cas, l’invention permet d’améliorer le niveau de sécurité de communications à liaisons montantes, de la station de transmission vers un satellite. [0023] Un quatrième aspect de l’invention propose un système de communication par signaux laser comprenant un terminal optique qui est conforme au premier aspect de l’invention, un récepteur destinataire qui est externe au terminal optique, et des moyens pour révéler un récepteur espion, qui est externe au terminal optique et au récepteur destinataire, si ce récepteur espion est situé dans la zone d’exclusion. A la place des moyens pour révéler le récepteur espion, ou en plus de ceux-ci, le système peut comprendre des moyens pour empêcher qu’aucun récepteur espion ne se trouve dans la zone d’exclusion. Alors, la superposition du faisceau laser utile et du faisceau lumineux de brouillage présente des valeurs du rapport signal-sur-bruit, pour les signaux utiles, en n’importe quel point du plan de réception à l’extérieur de la zone d’exclusion, qui sont toutes inférieures à une valeur limite supplémentaire, cette valeur limite supplémentaire étant plus basse que la valeur limite relative à la zone de destination.
[0024] Enfin, un cinquième aspect de l’invention propose un procédé de transmission de signaux utiles entre un terminal optique qui est conforme au premier aspect de l’invention, et qui est l’émetteur des signaux utiles, et un récepteur destinataire qui est externe au terminal optique, et auquel les signaux utiles sont destinés. Selon ce procédé :
- le faisceau laser utile est émis en direction du récepteur destinataire de sorte que ce récepteur destinataire soit à l’intérieur de la zone de destination ; et
- le faisceau lumineux de brouillage est émis par le terminal optique de sorte que le faisceau laser utile soit superposé au faisceau lumineux de brouillage.
[0025] De préférence, le faisceau lumineux de brouillage peut être activé avant un début de la transmission des signaux utiles, puis maintenu jusqu’après une interruption de cette transmission.
[0026] Dans des applications possibles du procédé, à liaisons descendantes, le terminal optique peut être embarqué à bord d’un satellite qui est en orbite autour de la Terre, et le récepteur destinataire peut être une partie d’une station de réception terrestre fixe, ou peut être à bord d’un véhicule ou d’un navire qui est à la surface de la Terre, ou à bord d’un aéronef, d’un drone ou d’une station-plateforme à haute altitude, ou encore peut être une partie d’un équipement portatif pour un utilisateur qui est à la surface de la Terre. [0027] Dans d’autres applications possibles du procédé, à liaisons montantes, le terminal optique peut être une partie d’une station de transmission terrestre fixe, ou peut être à bord d’un véhicule ou d’un navire qui est à la surface de la Terre, ou à bord d’un aéronef, d’un drone ou d’une station-plateforme à haute altitude, ou encore peut être une partie d’un équipement portatif pour un utilisateur qui est à la surface de la Terre. Le récepteur destinataire peut alors être embarqué à bord d’un satellite qui est en orbite autour de la Terre.
[0028] Le procédé peut être combiné avec l’utilisation d’au moins un détecteur d’intrusion pour révéler un récepteur espion qui est externe au terminal optique et au récepteur destinataire, si ce récepteur espion est situé dans la zone d’exclusion telle que définie plus haut. Le détecteur d’intrusion peut notamment être de l’un des types mentionnés plus haut. Il peut être situé préférablement au niveau du terminal optique qui émet les signaux utiles, ou au niveau du récepteur destinataire. Dans le premier cas, le détecteur d’intrusion peut être incorporé au moins en partie dans le terminal optique émetteur des signaux utiles.
Brève description des figures
[0029] [Fig. 1 ] illustre une mise en oeuvre possible de l’invention à partir d’un satellite ;
[0030] [Fig. 2] illustre un premier mode de réalisation possible pour un terminal optique qui est conforme à l’invention ;
[0031] [Fig. 3] illustre un second mode de réalisation possible pour un terminal optique qui est conforme à l’invention ; et
[0032] [Fig. 4] est un diagramme qui montre des répartitions d’éclairement utilisées pour mettre en oeuvre l’invention.
Description détaillée de l’invention
[0033] Pour raison de clarté, les dimensions des éléments qui sont représentés dans ces figures ne correspondent ni à des dimensions réelles, ni à des rapports de dimensions réels. En outre, certains de ces éléments ne sont représentés que symboliquement, et des références identiques qui sont indiquées dans des figures différentes désignent des éléments identiques ou qui ont des fonctions identiques.
[0034] [Fig. 1 ] illustre une utilisation de l’invention pour transmettre des données à partir d’un satellite 10, par exemple un satellite à basse altitude d’orbite, à destination d’une station de réception terrestre 20, couramment appelée station-sol. Dans l’exemple représenté, la station-sol 20 est fixe, mais elle peut aussi être mobile, le récepteur de communication étant alors embarqué à bord d’un véhicule porteur, quel que soit le type terrestre, nautique ou aérien de ce véhicule porteur. Le mode de communication est la transmission de signaux laser en champ libre, qui est bien connue de l’Homme du métier. Par exemple, les données à transmettre sont codées sous forme de modulations d’intensité d’un faisceau laser qui est émis à partir du satellite 10 vers la station-sol 20, appelé faisceau laser utile et désigné par FU, constituant ainsi les signaux laser qui sont transmis. Pour cela, le satellite 10 est équipé d’un terminal optique de communication par signaux laser 1 , et la station-sol 20 est équipée d’un récepteur destinataire 2. Les constitutions et fonctionnements du terminal 1 et du récepteur 2 sont connus, si bien que la description qui suit est limitée aux modifications qui sont apportées selon l’invention au terminal 1 et au récepteur 2. A titre d’exemple, la longueur d’onde du faisceau laser utile FU peut être d’environ 1 ,5 pm (micromètre). L’invention peut être appliquée à la transmission de n’importe quel type de données du terminal 1 au récepteur 2, y compris des données d’images, des clés de cryptage quantique, des clés d’autres types de cryptage, etc.
[0035] La direction centrale de propagation du faisceau laser utile FU est notée A-A. De façon connue, le faisceau laser utile FU possède une section de petite taille au niveau du satellite 10, correspondant à la pupille de sortie du terminal 1 , et possède une section plus grande au niveau de la station-sol 20. Ainsi, le faisceau laser utile FU produit une tache d’éclairement dans un plan de réception PR qui est tangent à la surface de la Terre à l’emplacement de la station-sol 20. Pour que les signaux laser soient détectés avec succès par le récepteur destinataire 2, il est nécessaire que le faisceau laser utile FU possède une valeur suffisante d’un rapport signal-sur-bruit à l’endroit du récepteur destinataire 2. La partie de la tache d’éclairement dans laquelle le rapport signal-sur-bruit est supérieur à une valeur limite qui permet la détection réussie des signaux laser est appelée zone de destination, et notée ZD. Le terminal 1 doit alors être contrôlé pour pointer le faisceau laser utile FU de sorte que le récepteur destinataire 2 se trouve à l’intérieur de la zone de destination ZD à chaque instant pendant la transmission des données.
[0036] Or à l’intérieur du plan de réception PR, la zone de destination ZD est plus grande que l’espace qui est occupé par le récepteur destinataire 2. Pour cette raison, un récepteur espion 3 qui serait aussi situé dans la zone de destination ZD, bien qu’étant séparé du récepteur destinataire 2, pourrait détecter simultanément à ce dernier et avec succès les signaux laser utiles transmis par le terminal 1 . Mais parce que le faisceau laser utile FU possède en fait une extension transversale qui déborde au-delà de la zone de destination ZD, même si le récepteur espion 3 est à l’extérieur de cette zone de destination ZD, il pourrait encore détecter une partie des signaux laser utiles, bien qu’avec un taux d’erreurs qui augmente en fonction de la distance du récepteur espion 3 par rapport à la direction centrale de propagation A-A. Le but de l’invention est alors de réduire la possibilité pour le récepteur espion 3, couramment appelé Eve, de recevoir avec succès les données qui sont transmises par le terminal 1 , appelé Alice, au récepteur destinataire 2, appelé Bob. La description qui suit est fournie en supposant que le récepteur espion 3 est dans le plan de réception PR, car ce plan correspond dans la pratique au risque maximal d’intrusion par Eve, mais l’Homme du métier sera capable de transposer cette description à n’importe quel niveau le long de la direction centrale de propagation A-A auquel pourrait se trouver le récepteur espion 3.
[0037] Selon l’invention, le terminal 1 émet, en même temps que le faisceau laser utile FU, un faisceau lumineux de brouillage FB de sorte que les deux faisceaux FU et FB soient superposés dans le plan de réception PR. Dans la pratique, les deux faisceaux FU et FB ont des directions centrales de propagation respectives qui sont quasi-identiques, du fait de l’éloignement du terminal 1 par rapport au récepteur destinataire 2. Le faisceau lumineux de brouillage FB a pour fonction de produire des valeurs du rapport signal-sur-bruit en dehors de la zone de destination ZD, qui sont supérieures à la valeur limite qui permet de détecter avec succès les signaux laser utiles transmis par le terminal 1 . Pour que le faisceau lumineux de brouillage FB produise un bruit qui ne puisse pas être filtré optiquement, il possède une longueur d’onde optique qui est identique à celle du faisceau laser utile FU. De façon préférée, le faisceau lumineux de brouillage FB est aussi un faisceau laser. Dans ce cas, sa longueur d’onde est identique à celle du faisceau laser utile FU, et la puissance spectrale du faisceau lumineux de brouillage FB est alors équivalente à la puissance de sortie de la source lumineuse qui le produit, aussi couramment appelée intensité du faisceau lumineux de brouillage FB. Toutefois, des modes de réalisation de l’invention sont aussi possibles, pour lesquels le faisceau lumineux de brouillage FB est produit par des sources optiques d’autres types, tels qu’à base d’une ou plusieurs diodes électroluminescentes, ou LED, par exemple. Pour que le faisceau lumineux de brouillage FB constitue un bruit par rapport au faisceau laser utile FU, les deux faisceaux FU et FB ont aussi un même type de modulation. Par exemple, les deux faisceaux sont modulés en intensité pour transmettre leurs rayonnements respectifs sous forme d’impulsions successives. La modulation du faisceau laser utile FU est produite pour transférer les données jusqu’au récepteur destinataire 2, et la modulation du faisceau lumineux de brouillage FB est produite indépendamment de celle du faisceau laser utile FU, afin de produire un bruit de brouillage pour les signaux laser utiles. Pour cela, les modulations du faisceau lumineux de brouillage FB peuvent être aléatoires ou pseudo-aléatoires.
[0038] [Fig. 2] montre symboliquement une première conception possible pour le terminal 1 , selon laquelle les deux faisceaux FU et FB sont transmis vers l’extérieur par une optique de sortie commune 11 . Par exemple, cette optique de sortie 1 1 peut être un télescope. Deux plans focaux objets PFu et PFB sont associés à cette optique de sortie 1 1 en utilisant un diviseur de faisceau 12 pour superposer les faisceaux FU et FB en direction de l’optique de sortie 1 1. Le diviseur de faisceau 12 peut être un biprisme à division d’intensité. Une source du faisceau laser utile FU, désignée par la référence 13a, est agencée pour délivrer ce faisceau laser utile FU avec une divergence à partir d’un premier foyer qui est situé dans le plan focal PFu. Le système 12a commande la modulation du faisceau laser utile FU de sorte que ce faisceau transporte les données à transmettre. Du fait de la position du premier foyer dans le plan focal PFu, le faisceau laser utile FU est collimaté en aval de l’optique de sortie 1 1 , en direction du récepteur destinataire 2. Une source du faisceau lumineux de brouillage FB, désignée par la référence 13b, est agencée par ailleurs pour délivrer ce faisceau lumineux de brouillage FB avec une divergence à partir d’un second foyer qui est situé en avant du plan focal PFB, en direction du diviseur de faisceau 12. d désigne la distance de défocalisation qui est créée entre le second foyer et le plan focal PFB, en étant ajustable. Ainsi, bien que les deux faisceaux FU et FB soient transmis à travers la même optique de sortie 1 1 et possèdent la même direction centrale de propagation A-A, le faisceau lumineux de brouillage FB peut posséder en aval de l’optique de sortie 1 1 une divergence qui est ajustable, en contrôlant la distance de défocalisation d. Le faisceau lumineux de brouillage FB produit alors dans le plan de réception PR une tache d’éclairement qui est plus grande que celle du faisceau laser utile FU, tout en étant co- centrée avec cette dernière. La référence 12b désigne un système de commande de la modulation du faisceau lumineux de brouillage FB, afin que ce faisceau FB transporte un signal de brouillage, volontairement selon l’invention. Différentes sources de bruit aléatoire ou pseudo-aléatoire peuvent être utilisées alternativement dans le système 12b en fonction de caractéristiques spectrales qui sont voulues pour ce bruit. De telles sources de bruit sont connues de l’Homme du métier, de même que leurs mises en oeuvre. Avec la signification du mot instrument qui est utilisée dans la partie générale de la présente description, [Fig. 2] est un exemple de mode de réalisation de l’invention à un seul instrument.
[0039] [Fig. 3] montre sous forme modulaire une seconde conception possible pour le terminal 1 , selon laquelle les deux faisceaux FU et FB sont transmis vers l’extérieur par deux optiques de sortie qui sont séparées et juxtaposées, désignées par 1 1 a et 1 1 b. Ces deux optiques de sortie peuvent être chacune un télescope. Le terminal 1 comprend alors deux voies d’émission : la voie d’émission 1 a pour transmettre le faisceau laser utile FU, et la voie d’émission 1 b pour transmettre le faisceau lumineux de brouillage FB. Les deux voies d’émission 1 a et 1 b sont supportées par le châssis du satellite 10.
[0040] La voie d’émission 1 a peut avoir une structure usuelle connue de l’Homme du métier, telle que rappelée succinctement maintenant. La source optique 13a transmet le faisceau laser utile FU, modulé par le système de commande 12a conformément aux données à transmettre, à un module de pointage-avant, ou «point-ahead module» en anglais, qui est désigné par la référence 14a. Le faisceau FU tel qu’émergeant du module de pointage-avant 14a est transmis à l’optique de sortie 1 1 a à travers une optique de relais 15a et un système de pointage principal 16a. En outre, l’optique de relais 15a et le système de pointage principal 16a sont inclus dans une boucle d’asservissement pour assurer que le faisceau laser utile FU parvienne continûment au récepteur 2. Cette boucle d’asservissement comprend un détecteur de poursuite 18a, ou «tracking detector» en anglais, et un compensateur de vibrations 19a, couramment appelé «jitter controller» en anglais. Le détecteur de poursuite 18a, en combinaison avec le compensateur de vibrations 19a, commande l’orientation du système de pointage principal 16a. Le compensateur de vibrations 19a est lui-même alimenté en entrée avec des signaux de détection qui sont délivrés par un capteur inertiel 20a, et qui sont représentatifs de vibrations et de changements d’orientation qui affectent le châssis du satellite 10. De cette façon, la zone de destination ZD reste précisément et continuellement sur le récepteur destinataire 2 malgré les vibrations du satellite 10. Optionnellement, un récepteur de communication optique 17a peut être agencé à partir d’une sortie optique supplémentaire de l’optique de relais 15a, pour détecter et traiter des signaux de communication optique qui sont émis par le récepteur 2.
[0041] La voie d’émission 1 b, qui est dédiée au faisceau lumineux de brouillage FB, peut avoir une structure simplifiée en étant couplée à la voie d’émission 1 a. La source optique 13b produit le faisceau lumineux de brouillage FB, modulé par le système de commande 12b pour produire le bruit conformément à l’invention. La voie d’émission 1 b comprend un module de pointage-avant 14b, une optique de relais 15b, un système de pointage principal 16b, un compensateur de vibrations 19b et capteur inertiel 20b. A la différence de la voie d’émission 1 a, la voie d’émission 1 b est dépourvue de détecteur de poursuite dédié, et le compensateur de vibrations 19b reçoit en entrée les signaux de détection du récepteur destinataire qui sont délivrés par le détecteur de poursuite 18a, en plus des signaux de détection qui sont délivrés par le capteur inertiel 20b. Ainsi, le faisceau lumineux de brouillage FB est transmis par l’optique de sortie 11 b selon la direction centrale de propagation A-A, si bien que les deux faisceaux FU et FB sont co-centrés dans le plan de réception PR du fait de l’éloignement très grand de ce plan de réception PR par rapport au terminal 1 .
[0042] Avec la signification du mot instrument telle qu’utilisée dans la partie générale de la présente description, [Fig. 3] est un exemple de mode de réalisation de l’invention à un deux instruments séparés, l’un dédiés à produire le faisceau laser utile FU, et l’autre dédié à produire le faisceau lumineux de brouillage FB.
[0043] Le diagramme de [Fig. 4] montre des variations spatiales d’éclairement E en un point M du plan de réception PR, en fonction de la distance radiale r de ce point M par rapport à la direction centrale de propagation A-A (voir r et M indiqués dans [Fig. 1 ]). Cet éclairement, noté E de façon générique, possède les trois contributions suivantes :
- une contribution de bruit atmosphérique, désignée par ATM, qui est sensiblement indépendante de la distance radiale r ;
- la contribution du faisceau laser utile FU, qui peut avoir un profil radial gaussien ou sensiblement gaussien ; et
- la contribution du faisceau lumineux de brouillage FB, qui peut aussi avoir un profil radial gaussien ou sensiblement gaussien.
[0044] Par principe, pour que la communication des données soit possible entre le terminal 1 et le récepteur destinataire 2 avec un taux d’erreur très faible, le faisceau laser utile FU est émis par le terminal 1 avec une intensité qui assure que l’éclairement de ce faisceau laser utile FU dans la tache d’éclairement soit très supérieure à l’éclairement du bruit atmosphérique ATM. Vis-à-vis des signaux laser utiles qui sont transmis par le terminal 1 , et lorsque l’invention est utilisée, le bruit est donc principalement produit par le faisceau lumineux de brouillage FB. Pour cette raison, le bruit atmosphérique ATM n’est plus évoqué dans la suite.
[0045] La zone de destination ZD peut être définie par une valeur minimale de rapport signal-sur-bruit pour un récepteur qui est situé à l’intérieur de celle-ci. Par exemple, cette valeur minimale du rapport signal-sur-bruit peut correspondre à un taux minimal acceptable d’erreur de réception pour un récepteur qui est situé n’importe où à l’intérieur de cette zone de destination ZD. Du fait de la symétrie autour de la direction centrale de propagation A-A, la zone de destination ZD est un disque ou plus généralement une portion de surface qui est limitée par une ellipse, à l’intérieur du plan de réception PR. A titre d’exemple non-limitatif, la zone de destination ZD peut être définie par une valeur minimale du rapport signal-sur- bruit qui est égale à 1 ,0. Compte-tenu des hypothèses réalistes précédentes, le cercle ou l’ellipse qui constitue alors la frontière périphérique de la zone de destination ZD correspond aux points du plan de réception PR où les deux faisceaux FU et FB ont une même valeur d’éclairement, comme indiqué dans [Fig. 4], Pour raison de clarté, mais sans induire de limitation, la description est poursuivie en supposant que la zone de destination ZD est un disque, étant entendu que l’Homme du métier saura en transposer les éléments et caractéristiques décrites au cas d’une zone de destination ZD de forme elliptique. [0046] Le perfectionnement qui est décrit maintenant a pour but d’assurer que le récepteur espion 3 ne puisse pas accéder aux données transmises par le terminal 1 au récepteur destinataire 2, avec une mesure de sécurité supplémentaire. Pour cela, une zone d’exclusion ZE est prévue dans le plan de réception PR, qui est plus grande que la zone de destination ZD, et à l’extérieur de laquelle le rapport signal-sur-bruit est encore réduit par rapport à sa valeur à la frontière de la zone de destination ZD. Ainsi, la valeur limite du rapport signal-sur-bruit qui est produite sur la frontière de la zone de destination ZD garantit que le récepteur destinataire 2 puisse détecter les signaux transmis avec un taux d’erreur suffisamment faible. Cette valeur limite est notée SNRD. Le rapport signal-sur-bruit est donc supérieur à cette valeur limite SNRD en n’importe quel point à l’intérieur de la zone de destination ZD. Simultanément, le rapport signal-sur-bruit est inférieur à une valeur limite supplémentaire, notée SNRE, en n’importe quel point du plan de réception PR qui est à l’extérieur de la zone d’exclusion ZE. La valeur limite supplémentaire SNRE est donc produite sur la limite périphérique de la zone d’exclusion ZE. Ainsi, la valeur limite SNRD est supérieure à la valeur limite supplémentaire SNRE, et l’écart entre les deux constitue la sécurité supplémentaire qui est procurée pour la confidentialité des données transmises.
[0047] Pour créer la zone d’exclusion ZE, le système de transmission entre le terminal 1 et le récepteur 2 peut être pourvu de moyens d’empêchement contre une entrée du récepteur espion 3 dans cette zone d’exclusion. De tels moyens d’empêchement peuvent avoir une forme quelconque, telle que des barrières d’isolement par exemple. Alternativement ou en combinaison, le système de transmission entre le terminal 1 et le récepteur 2 peut être pourvu d’au moins un détecteur d’intrusion 30 qui est capable de révéler le récepteur espion 3 dès que ce dernier est situé dans la zone d’exclusion ZE. La zone d’exclusion ZE est indiquée dans [Fig. 1 ] et [Fig. 4],
[0048] Le détecteur d’intrusion 30 peut être de tout type efficace pour révéler la présence d’un récepteur espion à l’intérieur de la zone d’exclusion ZE. Il peut être situé à proximité du récepteur destinataire 2, ou bien embarqué à bord du satellite 10 comme montré dans [Fig. 1 ], en étant possiblement au moins en partie incorporé au terminal 1 . Alternativement, le détecteur d’intrusion 30 peut être situé à distance du récepteur 2 et du terminal 1 , par exemple en étant embarqué à bord d’un aéronef et pointé vers la zone d’exclusion ZE. Un tel détecteur d’intrusion 30 peut être constitué par un ou plusieurs système(s) radar, un ou plusieurs système(s) de détection infrarouge, ou encore un ou plusieurs système(s) LIDAR, pour «Light Detection And Ranging» en anglais, ou système(s) de détection et de télémétrie par la lumière. Un tel système LIDAR émet un rayonnement en direction de la zone d’exclusion ZE, et une partie de ce rayonnement qui a été rétroréfléchie ou rétrodiffusée par le récepteur espion 3, si ce dernier est à l’intérieur de la zone d’exclusion ZE, est détectée et analysée, notamment pour obtenir une information sur la distance à laquelle se trouve le récepteur espion 3. Le fonctionnement d’un tel système LIDAR est supposé connu, si bien qu’il n’est pas nécessaire de le répéter ici. Avantageusement, ce système LIDAR peut être associé à un système de balayage, afin que la recherche et la détection d’intrusion qui sont produites par le fonctionnement LIDAR permettent une surveillance de toute la zone d’exclusion ZE.
[0049] Il peut être tout particulièrement avantageux qu’un tel système LIDAR utilisé en tant que détecteur d’intrusion 30 soit embarqué à bord du satellite 10, en plus du terminal 1 , comme montré dans [Fig. 1 ], En effet, le satellite 10 peut avoir pour mission de transmettre des données confidentielles successivement à plusieurs récepteurs destinataires 2 qui sont situés à des endroits différents sur la Terre. Dans ce cas, le même système LIDAR peut être utilisé pour tous ces récepteurs, successivement pendant que les données concernées sont transmises à chaque récepteur destinataire 2.
[0050] [Fig. 3] montre une combinaison selon laquelle le système LIDAR du détecteur d’intrusion 30 est intégré au terminal 1 . Le rayonnement qui est émis par le système LIDAR est désigné par R dans cette figure. Selon un perfectionnement supplémentaire, le rayonnement qui est émis vers l’extérieur par le système LIDAR peut être transmis par l’optique de sortie 1 1 ou 1 1 a. Pour cela, le système LIDAR peut être couplé au pointage du faisceau laser utile FU, d’une façon similaire à celle qui a été décrite plus haut pour la voie d’émission 1 b dans [Fig. 3]. Possiblement, un système de balayage peut aussi être disposé au sein du terminal 1 , sur une portion de la voie d’émission qui est dédiée exclusivement au système LIDAR, afin de produire un balayage de la zone d’exclusion ZE par le rayonnement du système LIDAR.
[0051] En utilisant l’approximation bien connue des faisceaux gaussiens, la répartition d’éclairement du faisceau laser utile FU dans le plan de réception PR est : Eu(r) = Euo • exp(— 2 • r2/wu2), où Eu(r) désigne cet éclairement du faisceau FU à la distance r mesurée à partir de la direction centrale de propagation A-A, Euo est la valeur de cet éclairement pour r=0, wu est le rayon du faisceau laser utile FU dans le plan de réception PR, et exp() désigne la fonction exponentielle. La valeur Euo peut être ajustée soit au niveau de la source laser 13a qui produit le faisceau laser utile FU, en sélectionnant une valeur de puissance de sortie pour cette source laser, correspondant à l’intensité du faisceau FU, soit en utilisant un atténuateur optique qui est situé entre la sortie de la source laser 13a et l’optique de sortie 1 1 ou 1 1 a du terminal 1 qui est utilisée pour transmettre le faisceau laser utile FU vers l’extérieur.
[0052] De façon similaire, la répartition d’éclairement du faisceau lumineux de brouillage FB dans le plan de réception PR est : EB(r) — EBO • exp(— 2 • r2/wB 2), où EB(0 désigne cet éclairement du faisceau FB à la distance r mesurée à partir de la direction centrale de propagation A-A, EBO est la valeur de cet éclairement pour r=0 dans l’hypothèse où les deux faisceaux FU et FB ont la même direction centrale de propagation, et WB est le rayon du faisceau lumineux de brouillage FB dans le plan de réception PR. La valeur EBO peut être ajustée soit au niveau de la source lumineuse 13b qui produit le faisceau lumineux de brouillage FB, en sélectionnant une valeur de puissance de sortie pour cette source lumineuse, correspondant à l’intensité du faisceau FB, soit en utilisant un autre atténuateur optique qui est situé entre la sortie de la source lumineuse 13b et l’optique de sortie 1 1 ou 11 b du terminal 1 qui est utilisée pour transmettre le faisceau lumineux de brouillage FB vers l’extérieur.
[0053] Les quatre paramètres Euo, wu, EBO et WB peuvent être ajustés pour produire la valeur limite SNRD du rapport signal-sur bruit sur la frontière périphérique de la zone de destination ZD, et simultanément la valeur limite supplémentaire SNRE sur la frontière périphérique de la zone d’exclusion ZE. Pour cela, la valeur de Euo et très supérieure à la valeur de EBO, et la valeur de wu et inférieure à la valeur de WB. Plusieurs modes de sélection de valeurs adéquates peuvent être utilisés, que l’Homme du métier sera capable de mettre en oeuvre sans difficulté. Le mode de sélection suivant, simplifié, est donné à titre d’exemple. On peut supposer que le pointage du terminal 1 pour les deux faisceaux FU et FB soit suffisamment précis pour que le récepteur destinataire 2 soit constamment à r=0. Dans ce cas, le rapport signal-sur-bruit tel que perçu par le récepteur destinataire 2 est directement le quotient EUO/EBO, et peut être pris pour la valeur limite SNRD. La valeur du rapport signal- sur-bruit à la frontière périphérique de la zone d’exclusion ZE, c’est-à-dire la valeur limite supplémentaire SNRE, est alors Eu(rE)/EB(rE), où TE est le rayon de la frontière périphérique de la zone d’exclusion ZE. Il vient alors
Figure imgf000020_0001
Autrement dit, le rayon TE de la zone d’exclusion ZE est sélectionné d’abord, notamment en fonction de la couverture spatiale des moyens de détection d’intrusion 30, ou en fonction des mesures d’empêchement qui sont utilisées pour éviter l’entrée du récepteur espion 3 à l’intérieur de la zone d’exclusion ZE. La valeur limite SNRD pour que le récepteur destinataire 2 détecte les signaux laser utiles avec un taux d’erreur acceptable, la valeur limite supplémentaire SNRE pour garantir un taux d’erreur suffisamment élevé à la frontière périphérique de la zone d’exclusion ZE, et le rayon wu du faisceau laser utile FU dans le plan de réception PR, notamment en fonction de la précision du pointage du terminal 1 , sont sélectionnés aussi en tant qu’entrées du paramétrage. Alors, la valeur à adopter pour le rayon du faisceau lumineux de brouillage FB est : wB désigne
Figure imgf000020_0002
la fonction de logarithme népérien, ou «natural log function» en anglais. Cette valeur pour le rayon WB du faisceau lumineux de brouillage FB peut notamment être réalisée en ajustant la distance de défocalisation d de la source lumineuse 13b dans le mode de réalisation de [Fig. 2], Pour le mode de réalisation de [Fig. 3], la valeur du rayon WB peut être réalisée en ajustant une défocalisation de l’optique de relais 15b.
[0054] Il est entendu que l’invention peut être reproduite en modifiant des aspects secondaires de celle-ci par rapport à la description détaillée qui vient d’en être fournie ci- dessus. De telles modifications peuvent dépendre de l’application considérée et de particularités propres à celle-ci. Notamment, à titre d’exemple, le rayon de la zone de destination ZD ou celui wu du faisceau laser utile FU dans le plan de réception PR peut être choisi d’autant plus grand que le récepteur destinataire 2 est mobile avec une vitesse élevée. En outre, des composants électroniques ou optiques peuvent être utilisés en remplacement des composants cités, lorsqu’ils ont des fonctions équivalentes à celles de ces derniers, ou dont la combinaison des fonctions reproduit le fonctionnement décrit.

Claims

Revendications
[Revendication 1] Terminal optique (1 ) de communication par signaux laser, adapté pour émettre un faisceau laser, appelé faisceau laser utile (FU), qui est modulé de façon à transmettre des signaux utiles à destination d’un récepteur optique externe au terminal optique, appelé récepteur destinataire (2), le faisceau laser utile ayant au moins une longueur d’onde et formant au moins une tache d’éclairement à l’intérieur d’un plan qui est perpendiculaire à une direction de propagation dudit faisceau laser utile et situé au niveau du récepteur destinataire, appelé plan de réception (PR), le terminal optique (1 ) étant caractérisé en ce qu’il est adapté pour émettre en outre un faisceau lumineux de brouillage (FB), de sorte que le faisceau laser utile (FU) et le faisceau lumineux de brouillage satisfassent les propriétés suivantes :
- le faisceau laser utile (FU) et le faisceau lumineux de brouillage (FB) sont émis simultanément ;
- une direction d’émission du faisceau lumineux de brouillage (FB) est telle que ledit faisceau lumineux de brouillage forme, dans le plan de réception (PR), une superposition avec le faisceau laser utile (FU) ;
- le faisceau lumineux de brouillage (FB) possède une valeur de puissance spectrale non-nulle pour la longueur d’onde du faisceau laser utile (FU), telle qu’à ladite longueur d’onde et dans le plan de réception (PR), le faisceau lumineux de brouillage constitue une contribution de bruit par rapport aux signaux utiles ; et
- des intensités respectives du faisceau laser utile (FU) et du faisceau lumineux de brouillage (FB) sont telles qu’à la longueur d’onde du faisceau laser utile et dans le plan de réception (PR), il existe une zone, appelée zone de destination (ZD), à l’intérieur de laquelle la superposition dudit faisceau laser utile et dudit faisceau lumineux de brouillage présente des valeurs d’un rapport signal-sur-bruit, pour les signaux utiles, en n’importe quel point de ladite zone de destination qui sont toutes supérieures à une valeur limite, et ledit rapport signal-sur-bruit possède simultanément des valeurs qui sont toutes inférieures à la valeur limite en n’importe quel autre point du plan de réception à l’extérieur de ladite zone de destination.
[Revendication 2] Terminal optique (1 ) selon la revendication 1 , adapté pour émettre le faisceau lumineux de brouillage (FB) en ajustant une défocalisation (d) dudit faisceau lumineux de brouillage, soit à l’intérieur d’un instrument commun qui produit le faisceau laser utile (FU) et ledit faisceau lumineux de brouillage, soit à l’intérieur d’un instrument qui produit ledit faisceau lumineux de brouillage en étant séparé d’un autre instrument qui produit ledit faisceau laser utile.
[Revendication 3] Terminal optique (1 ) selon la revendication 1 ou 2, adapté pour que le faisceau laser utile (FU) et le faisceau lumineux de brouillage (FB), tels qu’émis par ledit terminal optique, aient des formes respectives de diagramme d’émission qui sont identiques
[Revendication 4] Terminal optique (1 ) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le faisceau lumineux de brouillage (FB) est un autre faisceau laser.
[Revendication 5] Terminal optique (1 ) selon l’une quelconque des revendications précédentes, adapté pour qu’en n’importe quel point à l’intérieur de la zone de destination (ZD), le faisceau laser utile (FU) produise une valeur d’éclairement qui est supérieure à une valeur d’éclairement du faisceau lumineux de brouillage (FB) à la longueur d’onde dudit faisceau laser utile, et pour qu’en n’importe quel autre point du plan de réception (PR) à l’extérieur de la zone de destination (ZD), le faisceau laser utile (FU) produise simultanément une valeur d’éclairement qui est inférieure à une valeur d’éclairement du faisceau lumineux de brouillage aussi à la longueur d’onde dudit faisceau laser utile.
[Revendication 6] Terminal optique (1 ) selon l’une quelconque des revendications précédentes, adapté de sorte que le faisceau lumineux de brouillage (FB) soit modulé de façon aléatoire ou pseudo-aléatoire.
[Revendication 7] Terminal optique (1 ) selon l’une quelconque des revendications précédentes, adapté de sorte que chacun du faisceau laser utile (FU) et du faisceau lumineux de brouillage (FB) soit modulé sous forme d’impulsions successives.
[Revendication 8] Terminal optique (1 ) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le faisceau lumineux de brouillage (FB) est un autre faisceau laser, ledit autre faisceau laser ayant une longueur d’onde identique à la longueur d’onde du faisceau laser utile (FU).
[Revendication 9] Terminal optique (1 ) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant une source de bruit qui est agencée pour moduler le faisceau lumineux de brouillage (FB).
[Revendication 10] Terminal optique (1 ) selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, comprenant une optique de sortie (1 1 ), notamment de type télescope, qui est agencée pour transmettre simultanément le faisceau laser utile (FU) et le faisceau lumineux de brouillage (FB) en superposition l’un avec l’autre dans ladite optique de sortie.
[Revendication 11] Terminal optique (1 ) selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, comprenant deux optiques de sortie (11 a, 1 1 b) séparées, notamment chacune de type télescope, l’une desdites optiques de sortie étant agencée pour transmettre le faisceau laser utile (FU) et l’autre desdites optiques de sortie étant agencée pour transmettre le faisceau lumineux de brouillage (FB).
[Revendication 12] Terminal optique (1 ) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre au moins un détecteur, appelé détecteur d’intrusion (30), qui est adapté pour révéler un autre récepteur optique externe au terminal optique, appelé récepteur espion (3), si ledit récepteur espion est situé dans une zone du plan de réception (PR), appelée zone d’exclusion (ZE), qui contient la zone de destination (ZD) en étant plus grande que ladite zone de destination.
[Revendication 13] Terminal optique (1 ) selon la revendication 12, dans lequel le détecteur d’intrusion (30) comprend au moins un parmi un système radar, un système de détection infrarouge, et un système LIDAR.
[Revendication 14] Terminal optique (1 ) selon la revendication 12, dans lequel le détecteur d’intrusion (30) comprend un système LIDAR et un système de balayage agencé pour produire un balayage de la zone d’exclusion (ZE) par un rayonnement émis par le système LIDAR, ledit terminal optique et ledit système LIDAR ayant une optique de sortie partagée par laquelle sont transmis le faisceau laser utile (FU) et le rayonnement du système LIDAR, et possiblement aussi le faisceau lumineux de brouillage (FB), et par laquelle est collectée une partie du rayonnement émis par le système LIDAR qui a été rétroréfléchie ou rétrodiffusée par le récepteur espion (3).
[Revendication 15] Engin porteur sélectionné parmi un satellite (10), un véhicule terrestre, un navire, un aéronef, un drone, ou une station-plateforme à haute altitude, comprenant un terminal optique (1 ) qui est conforme à l’une quelconque des revendications 1 à 14, et qui est embarqué à bord dudit engin porteur.
[Revendication 16] Station de transmission, comprenant un terminal optique (1 ) qui est conforme à l’une quelconque des revendications 1 à 14.
[Revendication 17] Système de communication par signaux laser comprenant un terminal optique (1 ) et un récepteur optique, appelé récepteur destinataire (2), qui est externe audit terminal optique, le terminal optique (1 ) étant adapté pour émettre un faisceau laser, appelé faisceau laser utile (FU), qui est modulé de façon à transmettre des signaux utiles à destination du récepteur destinataire (2), ledit faisceau laser utile ayant au moins une longueur d’onde et formant au moins une tache d’éclairement à l’intérieur d’un plan qui est perpendiculaire à une direction de propagation dudit faisceau laser utile et situé au niveau du récepteur destinataire, appelé plan de réception (PR), le système étant caractérisé en ce que le terminal optique (1 ) est adapté pour émettre en outre un faisceau lumineux de brouillage (FB), de sorte que le faisceau laser utile (FU) et le faisceau lumineux de brouillage satisfassent les propriétés suivantes :
- le faisceau laser utile (FU) et le faisceau lumineux de brouillage (FB) sont émis simultanément ;
- une direction d’émission du faisceau lumineux de brouillage (FB) est telle que ledit faisceau lumineux de brouillage forme, dans le plan de réception (PR), une superposition avec le faisceau laser utile (FU) ;
- le faisceau lumineux de brouillage (FB) possède une valeur de puissance spectrale non-nulle pour la longueur d’onde du faisceau laser utile (FU), telle qu’à ladite longueur d’onde et dans le plan de réception (PR), le faisceau lumineux de brouillage constitue une contribution de bruit par rapport aux signaux utiles ; et - des intensités respectives du faisceau laser utile (FU) et du faisceau lumineux de brouillage (FB) sont telles qu’à la longueur d’onde du faisceau laser utile et dans le plan de réception (PR), il existe une zone, appelée zone de destination (ZD), à l’intérieur de laquelle la superposition dudit faisceau laser utile et dudit faisceau lumineux de brouillage présente des valeurs d’un rapport signal-sur-bruit, pour les signaux utiles, en n’importe quel point de ladite zone de destination qui sont toutes supérieures à une valeur limite, et ledit rapport signal-sur-bruit possède simultanément des valeurs qui sont toutes inférieures à la valeur limite en n’importe quel autre point du plan de réception à l’extérieur de ladite zone de destination, le système comprenant en outre des moyens pour révéler un autre récepteur optique, appelé récepteur espion (3), externe au terminal optique (1 ) et au récepteur destinataire (2), si ledit récepteur espion est situé dans une zone du plan de réception, appelée zone d’exclusion (ZE), qui contient la zone de destination (ZD) en étant plus grande que ladite zone de destination, ou des moyens pour empêcher qu’aucun récepteur espion ne se trouve dans la zone d’exclusion, la superposition du faisceau laser utile et du faisceau lumineux de brouillage présentant des valeurs du rapport signal-sur-bruit, pour les signaux utiles, en n’importe quel point du plan de réception à l’extérieur de la zone d’exclusion, qui sont toutes inférieures à une valeur limite supplémentaire, ladite valeur limite supplémentaire étant plus basse que la valeur limite relative à la zone de destination.
[Revendication 18] Procédé de transmission de signaux utiles entre un terminal optique (1 ) qui est conforme à l’une quelconque des revendications 1 à 14, émetteur desdits signaux utiles, et un récepteur destinataire (2) qui est externe au terminal optique, suivant lequel :
- le faisceau laser utile (FU) est émis en direction du récepteur destinataire (2) de sorte que ledit récepteur destinataire soit à l’intérieur de la zone de destination (ZD) ; et
- le faisceau lumineux de brouillage (FB) est émis par le terminal optique (1 ) de sorte que le faisceau laser utile (FU) soit superposé audit faisceau lumineux de brouillage.
[Revendication 19] Procédé selon la revendication 18, suivant lequel le faisceau lumineux de brouillage (FB) est activé avant un début de la transmission des signaux utiles, puis maintenu jusqu’après une interruption de ladite transmission des signaux utiles. [Revendication 20] Procédé selon la revendication 18 ou 19, suivant lequel le terminal optique (1 ) est embarqué à bord d’un satellite (10) qui est en orbite autour de la Terre, et le récepteur destinataire (2) est une partie d’une station de réception terrestre fixe
(20), ou est à bord d’un véhicule ou d’un navire qui est à la surface de la Terre, ou à bord d’un aéronef, d’un drone ou d’une station-plateforme à haute altitude, ou est une partie d’un équipement portatif pour un utilisateur qui est à la surface de la Terre, ou bien le terminal optique (1 ) est une partie d’une station de transmission terrestre fixe, ou peut être à bord d’un véhicule ou d’un navire qui est à la surface de la Terre, ou à bord d’un aéronef, d’un drone ou d’une station-plateforme à haute altitude, ou est une partie d’un équipement portatif pour un utilisateur qui est à la surface de la Terre, et le récepteur destinataire (2) est embarqué à bord d’un satellite qui est en orbite autour de la Terre.
[Revendication 21] Procédé selon l’une quelconque des revendications 18 à 20, suivant lequel le terminal optique (1 ) est conforme à l’une quelconque des revendications 1 à 1 1 , et suivant lequel au moins un détecteur d’intrusion (30) est utilisé pour révéler un autre récepteur optique qui est externe au terminal optique et au récepteur destinataire (2), appelé récepteur espion (3), si ledit récepteur espion est situé dans une zone du plan de réception (PR), appelée zone d’exclusion (ZE), qui contient la zone de destination (ZD) en étant plus grande que ladite zone de destination.
[Revendication 22] Procédé selon la revendication 21 , suivant lequel le détecteur d’intrusion (30) est situé au niveau du terminal optique (1 ) qui émet les signaux utiles, le terminal optique pouvant être de préférence conforme à l’une quelconque des revendications 9 à 1 1 , ou le détecteur d’intrusion est situé au niveau du récepteur destinataire (2).
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