способ приёма информации в открытой оптической системе связи

Формула изобретения

Способ приема информации в открытой оптической системе связи, заключающийся в том, что выходной сигнал получают в результате смешивания двух пространственно совмещенных лучей, отличающийся тем, что два пространственно совмещенных луча, один из которых является модулированным по фазе, а второй опорным, формируют интерференционную картину в плоскости матрицы фотоприемников, в которой происходит перераспределение энергии оптического поля, две группы матрицы фотоприемников размещены одна от другой на расстоянии, соответствующем пространственному периоду интерференционной картины, при этом полученный выходной сигнал пропорционален отношению измеренных величин значений сигналов на выходах первой и второй групп матрицы фотоприемников.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам приема оптической информации и может быть использовано в открытых (атмосферных) оптических системах связи, а также в оптических интерферометрах.

Известен способ гомодинного приема оптической информации [1], заключающийся в смешивании совмещенных волновых фронтов опорного и сигнального оптических лучей, причем опорный луч формируется местным лазером-гетеродином, размещаемым на приемной стороне. Обязательным условием реализации этого способа приема оптической информации являются равенство частот колебаний несущей и местного гетеродина, а также необходимость синхронизации фаз этих колебаний. Существенными недостатками этого способа являются жесткие требования к когерентности, стабильности частоты и пространственному совмещению фронтов сигнального луча и луча местного гетеродина, что сильно затрудняет техническую реализацию способа.

По совокупности признаков наиболее близким аналогом предлагаемого способа является способ непрерывного динамического формирования волнового фронта гетеродина в соответствии с приходящим волновым фронтом сигнала [2], заключающийся в том, что несущая приходящего оптического сигнала или принятый опорный "пилот-сигнал" усиливаются в многомодовом узкополосном лазерном усилителе, сохраняющем волновой фронт усиливаемого сигнала, который затем используется в качестве сигнала гетеродина.

Недостатками известного способа приема оптических сигналов являются сложность практической реализации квантового усилителя, особенно при наличии доплеровского сдвига частоты принимаемого сигнала, а также зависимость величины выходного сигнала приемника от амплитуды входного сигнала (слабая защищенность от амплитудных помех) и наличие большого количества оптических элементов на приемной стороне линии связи, являющихся источником дополнительных шумов.

Задачами, на решение которых направлено заявляемое изобретение, являются:

- повышение помехозащищенности линии связи;

- упрощение оптической схемы приемного тракта.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем. С передающей стороны линии связи на приемную оптическую систему поступают два пространственно совмещенных когерентных оптических луча, которые направляются с ее выхода на систему фотоприемных устройств (ФПУ), в плоскости размещения которых этими лучами формируется интерференционная картина. Один из принимаемых лучей используется как сигнальный и при передаче информации его модулируют по фазе, а второй оптический луч является опорным. Амплитуды этих сигналов могут быть одинаковы (в отличие от гетеродинного и гомодинного методов приема). Систему фотоприемных устройств разделяют на две группы, отстоящие друг от друга в соответствии с пространственным периодом интерференционной картины при отсутствии модуляции. Например, входные окна одной группы фотоприемников размещают в области светлых участков интерференционной картины, а другой - в области темных участков. При фазовой модуляции сигнального светового потока происходит перераспределение энергии оптического поля в плоскости интерференционной картины, определяемое законом модуляции (вплоть до полной смены светлых областей на темные). Производят одновременное раздельное измерение выходных сигналов первой и второй групп фотоприемных устройств и находят отношение измеренных значений сигналов, являющееся пропорциональным модулирующему сигналу в пределах линейного участка демодуляционной характеристики. На фиг.1 приведена форма сигнала на выходе первой и второй групп фотоприемников (U1 - пунктирная и U2 - штриховая линии соответственно) при изменении фазы сигнального луча, а также график, полученный в результате нахождения отношения этих величин (U - сплошная линия), являющийся демодуляционной характеристикой приемной системы, отражающей зависимость величины выходного сигнала приемника от - фазы информационного луча. Как видно из полученной характеристики, на ней может быть выделен линейный участок для осуществления аналоговой модуляции. Для передачи цифрового сигнала может быть использована фазовая манипуляция (0; ).

Пространственное совмещение опорного и информационного лучей делает их одинаково пораженными как фазовыми, так и амплитудными возмущениями.

Процесс деления значения выходного сигнала одной группы системы ФПУ на измеренное значение выходного сигнала другой группы системы ФПУ позволяет исключить влияние амплитудных возмущений на принимаемый сигнал. При формировании интерференционной картины фазы интерферирующих лучей (сигнального и опорного) вычитаются, что приводит к устранению влияния фазовых возмущений, которым подверглись совмещенные лучи.

Таким образом, техническими результатами предлагаемого способа приема информации в открытой оптической системе связи являются повышение помехоустойчивости и упрощение оптической схемы приемного устройства путем уменьшения числа ее элементов, что снижает общий уровень шумов в принимаемом сигнале.

Проведенный сравнительный анализ выявил следующие отличия заявляемого способа и способа - прототипа:

1. Способ характеризуется наличием дополнительных действий над материальным объектом:

- одновременным раздельным измерением значений выходных сигналов двух независимых групп системы фотоприемных устройств приемной части линии связи;

- определением отношения измеренных значений выходных сигналов двух групп системы ФПУ.

2. Изменена совокупность действий над материальным объектом:

- в заявленном способе отсутствует операция разделения принятого оптического излучения на сигнальный и опорный лучи, а также отсутствует операция последующего взаимного совмещения этих лучей;

- в заявленном способе отсутствуют действия по усилению опорного сигнала в многомодовом узкополосном лазерном усилителе.

Вариант схемы устройства, реализующего предлагаемый способ обработки оптического сигнала, представлен на фиг.2. В его состав входят следующие элементы: оптически связанные и расположенные вдоль оптической оси двухлинзовая приемная система 1 и 2, диафрагма пространственного фильтра 3, интерференционный фильтр 4, матрица фотоприемников 5, измеритель отношений 6, электрически связанный с матрицей ФПУ, выходной сигнал которого пропорционален модулирующему сигналу.

Устройство работает следующим образом. На оптическую систему 1 поступают два пространственно совмещенных с ее оптической осью луча, один из которых является информационным (модулированным по фазе), а второй - опорным (когерентным информационному). Оба луча, будучи пространственно совмещенными, испытывают одинаковые амплитудно-фазовые возмущения на трассе линии связи. Следовательно, волновые фронты обоих лучей не теряют взаимную когерентность [2] . Пройдя через пространственный 3 и интерференционный 4 фильтры, эти лучи формируют интерференционную картину в плоскости матрицы фотоприемников 5. Матрица фотоприемников состоит из двух групп, отстоящих друг от друга в соответствии с пространственным периодом интерференционной картины. При появлении модулирующего сигнала происходит перемещение интерференционных полос в соответствии с законом модуляции (вплоть до смены светлых участков на темные при 100% фазовой модуляции). В измерителе отношений 6 определяется отношение величин фотоЭДС, поступающих от двух групп фотоприемников, которое пропорционально модулирующему сигналу.

Заявляемый способ, сохраняя положительные качества приведенных в описании аналогов, отличается по сравнению с ними повышенной помехоустойчивостью системы приема оптических сигналов и упрощенной оптической схемой приемной системы.

Источники информации

1. Вильям К. Пратт. Лазерные системы связи. Пер. с англ. М., Связь, 1972, с.44.

2. Керр, Титтертон и др. Оптическая связь через атмосферу. ТИИЭР, 1970, 58, 10, с. 318.