Способ передачи сообщений по атмосферной оптической линии связи
METHOD FOR TRANSMITTING MESSAGES OVER FREE-SPACE OPTICAL COMMUNICATION

Изобретение относится к области оптической связи и может быть использовано для передачи сообщений через атмосферу, содержащую рассеивающие оптическое излучение образования, например туманы, дымку, дождь, снегопад, облака и прочее.
При передаче сообщений оптическими сигналами через атмосферу, в которой на пути распространения оптических сигналов могут появиться рассеивающие образования, например, туман, дымка, подвижные облака и прочее, возможно обнаружение рассеянных атмосферой оптических сигналов средствами оптико-электронной разведки и соответственно этому обнаружение факта передачи сообщений, местоположения передатчика и перехват сообщений. Особенно это проявляется при расположении рассеивающих образований вблизи передатчика сообщений и значительном удалении приемника этих сообщений от передатчика, например, при передаче оптических сигналов с наземного или надводного объекта на космический аппарат.
Известен способ и устройство (патент RU 2563968, кл. Н04В 10/10, опубл. 27.09.2015 г., Бюл. № 27-2015) для управления оптической мощностью при передаче данных по оптическим каналам связи. В этом способе совместно с сигналами данных излучают сигналы тестирования, которые отражаются от ретрорефлекторов, установленных на пути их распространения, и затем принимаются оптическим приемником передающей стороны, чтобы проверить качество работы оптического канала связи. Передача данных включает в себя наблюдение за выходной оптической мощностью оптического передатчика и оценивание, принят ли предварительно установленный сигнал управления тестированием. Если не принят, то осуществляют модулирование сигнала данных и регулирование тока смещения оптического передатчика согласно результату наблюдения за выходной мощностью оптического передатчика для реализации автоматического управления мощностью, а если сигнал управления тестированием принят, то осуществляют тестирование и наложение сигнала тестирования на сигнал данных и передачу наложенного сигнала. При передаче наложенного сигнала, то есть при тестировании, поддерживают ток смещения на предварительно установленном значении, чтобы прекратить автоматическое регулирование мощности оптического передатчика на время тестирования.
Данный способ может быть использован не только для передачи данных по световолоконным сетям, как это изложено в описании изобретения, но и для передачи данных с поверхности земли или воды удаленному корреспонденту, например, на космический аппарат, через атмосферу с рассеивающими образованиями переменной плотности, например, через туман или подвижные облака. При таком применении сигналы тестирования, наложенные на сигналы данных, будут возвращаться на приемник передающей стороны не искусственными ретрорефлекторами, а рассеивающими атмосферными образованиями. По результатам тестирования увеличивается мощность оптических сигналов для преодоления ослабления этих сигналов на пути к приемнику корреспондента. При этом тестовые сигналы и сигналы данных повышенной мощности, рассеиваясь на атмосферных образованиях (туманах, облаках и пр.), могут быть обнаружены оптико-электронными средствами разведки.
Кроме того, повышение мощности излучения оптических сигналов может быть недостаточным для преодоления ослабления сигнала в рассеивающих средах. И тогда, даже при работе на максимальных мощностях, прием сигналов удаленным корреспондентом будет невозможен, но в то же самое время сигналы максимальной мощности, отраженные от рассеивающих сред, будет легче обнаружить оптико-электронными средствами разведки, находящимися вблизи передатчика сообщений.
Наиболее близким по назначению и совокупности существенных признаков заявленному способу является способ приема-передачи информации (патент RU 2304846, кл. Н04В 10/10, опубл. 20.08.2007 г. Бюл. №23-2007), который включает формирование оптических сигналов на светодиоде передатчика посредством подачи на светодиод модулирующего импульса управляющего напряжения, формирование оптического пучка, наведение его на приемное устройство другой стороны и прием оптических сигналов от светодиода передатчика другой стороны. При повышении или снижении оптической видимости и, как следствие, обнаружении изменения уровня принимаемого от другой стороны оптического сигнала соответственно повышают или снижают амплитуду излучаемых светодиодом сигналов посредством установки на светодиоде импульса управляющего напряжения соответствующей амплитуды.
Данный способ прототипа не обеспечивает скрытную передачу сообщений через рассеивающую оптическое излучение среду, так как излученные сигналы, имеющие повышенную амплитуду, необходимую для преодоления ослабления сигнала при рассеянии его в атмосфере (тумане, дымке, облаках и прочее), могут быть обнаружены оптико-электронными средствами разведки вероятного противника, а по ним раскрыты передаваемые сообщения и обнаружено местоположение передатчика и источника сообщений. Кроме того, возможны ситуации, когда на пути оптического пучка появляются рассеивающие образования такой повышенной плотности, что повышение амплитуды оптических сигналов уже не обеспечивает компенсацию их ослабления и прием сообщений становится невозможным. Но при этом, хотя и нет приема сообщений удаленным корреспондентом, передатчиком продолжают излучаться оптические сигналы повышенной амплитуды, которые, рассеиваясь на этих плотных образованиях (туманы или облака), могут быть легко обнаружены средствами оптико-электронной разведки, находящимися вблизи рассеивающих образований. Поэтому в случаях повышенных требований к скрытности передачи сообщений целесообразно передавать сообщения лишь тогда, когда на пути лазерного пучка ослабнут рассеивающие свойства динамически неоднородной атмосферы до такого уровня, что обнаружение вероятным противником рассеянных оптических импульсов из-за их малой амплитуды станет затруднительным. Особенно это целесообразно, когда нет срочности в передаче сообщений и можно подождать пока между рассеивающими образованиями образуется просвет и в эти моменты передать сообщения с хорошим качеством приема и требуемой скрытностью связи.
Целью изобретения является повышение скрытности передачи сообщений, затруднение их перехват, а также обнаружение местоположения оптического передатчика и факта передачи сообщений при передаче сообщений через рассеивающие оптическое излучение атмосферные образования.
Поставленная цель достигается тем, что способ передачи сообщений по атмосферной оптической линии связи, включающий в себя формирование оптических сигналов на передающей стороне посредством модуляции оптического излучения и управления амплитудой излучаемых оптических сигналов, формирование узкого оптического пучка, наведение его на приемное устройство удаленного корреспондента и прием оптических сигналов на передающей стороне, при этом процесс передачи сообщения начинают с излучения тестовых оптических импульсов минимальной амплитуды, затем повышения их амплитуды от импульса к импульсу и приема на передающей стороне рассеянных средой распространения излученных тестовых оптических импульсов и сигналов, и при превышении амплитуды этих принятых импульсов и сигналов свыше установленного значения, излучение тестовых импульсов и передачу сообщения прекращают, а затем возобновляют, повторяя указанную последовательность операций, начиная с излучения тестовых оптических импульсов с возрастающей от минимального значения амплитудой.
Изобретение иллюстрируется рисунками фиг. 1 и фиг. 2.
На фиг. 1 изображена схема устройства, в котором реализуется предложенный способ, а на фиг. 2 приведен пример сигнальной последовательности излучаемых оптических импульсов.
m
m
m
i
0
n
n
M
M
n
Устройство, реализующее предложенный способ, работает следующим образом. Перед передачей сообщения блок управления 1 выдает команду старта на генератор тестовых импульсов 2, регулятор амплитуды излучаемых оптических импульсов 3 и на источник сообщения 4. По этой команде генератор тестовых импульсов 2 производит серию из определенного числа N тестовых импульсов, которые поступают на лазерный излучатель 5. Регулятор амплитуды оптических импульсов 3 формирует возрастающее напряжение, поступающее на лазерный излучатель 5. Соответственно этому лазерный излучатель 5 излучает тестовые импульсы возрастающей амплитуды от минимального значения minA до максимального значения maxА, соответствующего амплитуде оптических импульсов, которыми после излучения тестовых импульсов передают сообщение. Источник сообщения 4 по команде старта передачи тестовых импульсов подготавливается к передаче сообщения, и после окончания последнего в серии тестового импульса, имеющего максимальную амплитуду maxА, передает кодовые последовательности фиксированной длины (слова), состоящие из т двоичных символов сообщения, где i меняется от 1 до 2, на время-импульсный модулятор 6. Последний в соответствии с передаваемой i-ой кодовой последовательностью из m двоичных символов, формирует дискретный временной интервал T между предыдущим импульсом и формируемым импульсом, состоящий из немодулируемого интервала паузы Т и дискретной составляющей i×T, где Т длительность одной позиции на оси времени. При этом i-й кодовой последовательности из m двоичных символов соответствует определенная i-я позиция на модулируемом интервале Т, содержащем 2 позиций (T=2×T). Сформированные таким образом информационные импульсы, расстояние между которыми меняется в соответствии с передаваемой информацией, поступают на лазерный излучатель 5 для передачи сообщения посредством излучения оптических импульсов с максимальной амплитудой maxА. Передача сообщения начинается только после излучения последнего тестового импульса из серии N импульсов.
Излучение, исходящее от лазерного излучателя 5, формируется телескопической оптической системой 7 в узкий пучок, который направляется блоком наведения 8 на фотоприемник корреспондента, например, на фотоприемник, находящийся на космическом аппарате с известными параметрами движения.
При наличии на пути лазерного пучка рассеивающего образования, например, тумана, дымки, дождя или облака, лазерное излучение рассеивается во все стороны. Обратно рассеянные лазерные импульсы детектируют фотоприемником 9 передающей стороны и направляют на схему сравнения с установленным порогом - компаратор 10. Значение порога сравнения в компараторе 10 устанавливают регулятором уровня ограничения 11, исходя из требований заданной скрытности связи и с учетом интенсивности фоновой засветки неба (Солнца или Луны). Например, при необходимости обеспечения гарантированной скрытности или в том случае, если малейшее рассеивающее образование делает невозможным прием оптических сигналов удаленным корреспондентом из-за рассеяния лазерного излучения, устанавливают нулевое или близкое к нулевому значение порога сравнения. При превышении принимаемыми фотоприемником 9 тестовыми импульсами или импульсами сообщения установленного порога, компаратор 10 выдает команду запрета излучения, то есть команду запрета на передачу тестовых импульсов и сообщения, которая поступает на блок управления 1. Блок управления 1 блокирует излучение оптических импульсов на некоторое время, которое, например, не превышает предполагаемого времени ожидания ухода рассеивающего образования с пути лазерного пучка. По окончании блокировки блок управления 1 снова выдает команду старта, и процесс передачи сообщения повторяют, начиная с излучения тестового импульса минимальной амплитуды minA, как это описано выше.
Последовательность действий в предложенном способе и в устройстве, реализующем его, пояснена на фиг. 2, на котором представлен пример сигнальной последовательности оптических импульсов, излучаемых лазерным излучателем 5 через телескопическую оптическую систему 7 и блок наведения 8.
S
Z
P
C
По горизонтальной координатной оси показано текущее время t, моменты выдачи команды старта блоком управления на передачу тестовых импульсов t, моменты команды запрета на излучение оптических импульсов, t, момент излучения последнего тестового импульса t и момент начала передачи оптических импульсов сообщения t. По вертикальной оси координат показана изменение амплитуды А излучаемых оптических импульсов. Максимальная амплитуда maxА соответствует амплитуде последнего тестового импульса из заданной серии N тестовых импульсов и совпадает с амплитудой оптических импульсов сообщения.
Если длительность передачи сообщения существенно превышает среднестатистический интервал прозрачности оптической среды на пути лазерного пучка, то передачу сообщения большого объема можно разделить на отдельные блоки (пачки), каждый из которых передают описанным выше способом, начиная с излучения тестовых импульсов возрастающей амплитуды.
Таким образом, данное устройство реализует предложенный способ передачи сообщений по атмосферной оптической линий связи. При этом благодаря тому, что перед передачей сообщения излучают тестовые импульсы минимальной амплитуды, которая затем возрастает от импульса к импульсу, обеспечивается требуемая скрытность передачи сообщений через рассеивающие оптическое излучение атмосферные образования. Наличие рассеивающего образования, например, плотного тумана, находящегося вблизи передатчика и демаскирующего его работу посредством рассеяния оптического излучения во все стороны, в том числе и в сторону оптико-электронных средств технической разведки вероятного противника, будет обнаружено на передающей стороне при пониженной мощности излучения передатчика, что позволит предотвратить засветку рассеивающих образований оптическими импульсами и сигналами с номинальной (или повышенной) мощностью и, соответственно этому затруднить обнаружение излучаемых оптических импульсов средствами оптико-электронной разведки, то есть обеспечить высокую скрытность передачи сообщений даже через сильно рассеивающие среды.