Система открытой оптической связи

Изобретение относится к технике открытой оптической связи и может быть использовано для связи между абонентами находящихся в отсеках кораблей, судов, а также между кораблями и берегом. Технический результат состоит в повышении помехоустойчивости, надежности и увеличения дальности связи. Для этого микрофонный усилитель передатчика выполнен на интегральной микросхеме, в цепь отрицательной обратной связи которого выведен управляемый аттенюатор на основе полевого транзистора, причем выходной сигнал микрофонного усилителя подается на вход каскада сравнения, на выход этого же каскада поступает сигнал с выхода формирователя, образованного последовательно соединенными мультивибратором и интегратором, выходной сигнала каскада сравнения поступает на двухкаскадный ключевой усилитель мощности, нагрузкой которого является светоизлучающий диод, со светоизлучающего диода оптическое излучение поступает на фотодетектор, с которого сигнал поступает на резонансный усилитель, в цепь которого включен резонансный контур, причем оптические системы передатчика и приемника идентичны и представляют собой плосковыпуклые линзы. 4 ил.

 

Изобретение относится к области оптической связи и может быть использовано для связи между абонентами, находящимися в отсеках кораблей, судов, а также между кораблями и берегом.

В настоящее время оптическая электроника применяется на кораблях, судах и подводных лодках [Катанович А.А., Николашин Ю.Л. Корабельные оптические системы связи. СПб., Судостроение, 2009, 239 с.]. Важной проблемой, возникающей при внедрении корабельных оптических систем связи, является преобразование акустических сигналов в электрические и, наоборот, из-за огромного количества механизмов, создающих помехи на объекте. Оптическая связь не производит электромагнитные излучения и сама нечувствительна к электромагнитным полям.

Аналогом системы согласно изобретению является оптическая система открытой связи. Патент РФ на ПМ №62316. БИ №3, 2007 г.

Она содержит: оптический передатчик, нелинейно-оптический кристалл, лазер накачки, сепаратор, два фотоприемника, дифференциальный усилитель и оптический приемник.

Прототипом является внутрикорабельное устройство открытой оптической связи. Патент РФ на ПМ №67226. БИ №28, 2007 г.

Устройство содержит: оптический передатчик, электронная схема которого включает в себя микрофон, последовательно соединенный с микрофонным усилителем, преобразователем аналогового сигнала частотно-импульсной модуляции и излучателем, а также оптический приемник, состоящий из фотодетектора, последовательно соединенного с усилителем импульсов, демодулятора и громкоговорителя.

Недостатками как аналога, так и прототипа являются большие потери световой энергии и малый диапазон преобразования акустического сигнала в электрический и наоборот. Не обеспечивается стабильность работы системы из-за технологических проблем, вызванных прежде всего необходимостью обеспечения стабильности работы системы и оптимизации отношения сигнал-шум. Источником шума является, в первую очередь, фотодетектор.

Цель изобретения - повышение помехоустойчивости, надежности и увеличение дальности связи.

Поставленная цель достигается тем, что система открытой оптической связи, состоящая из оптического передатчика, электронная система которого включает в себя электроакустический преобразователь (микрофон), последовательно соединенный с микрофонным усилителем, преобразователем аналогового сигнала и излучателем, а электронная схема оптического приемника состоит из фотодетектора, последовательно соединенная с усилителем импульсов, демодулятором и громкоговорителем, при этом микрофонный усилитель передатчика выполнен на интегральной микросхеме, в цепь отрицательной обратной связи которого выведен управляемый аттенюатор на основе полевого транзистора, причем выходной сигнал микрофонного усилителя подается на вход каскада сравнения, на выход этого же каскада поступает сигнал с выхода формирователя, образованного последовательно соединенными мультивибратором и интегратором, выходной сигнала каскада сравнения поступает на двухкаскадный ключевой усилитель мощности, нагрузкой которого является светоизлучающий диод, со светоизлучающего диода оптическое излучение поступает на фотодетектор, с которого сигнал поступает на резонансный усилитель, в цепь которого включен резонансный контур, настроенный на частоту 30-60 кГц, затем выходное напряжение каскада поступает на усилитель с системой автоматического регулирования усиления (АРУ), при этом детектирование сигнала осуществляется двухполупериодным выпрямителем, нагруженным на двухзвенный фильтр нижних частот, и далее напряжение сигнала поступает через демодулятор на громкоговоритель, причем оптические системы передатчика и приемника идентичны и представляют собой плоско-выпуклые линзы диаметром 60 мм с фокусным расстоянием 80 мм, в фокальных плоскостях линз передатчика установлен излучающий диод, а в приемник - фоточувствительная поверхность фотодиода.

На фиг.1 представлена предлагаемая система, на фиг.2 - амплитудная характеристика компрессора, на фиг.3 - принципиальная схема оптического передатчика, на фиг.4 - принципиальная схема оптического приемника.

Система открытой оптической связи содержит:

1 - микрофон типа МФ52; 2 - микрофонный усилитель; 3 - каскад сравнения; 4 - выходной каскад; 5 - излучатель (светоизлучающий диод типа VD3); 6 - фотодетектор; 7 - резонансный усилитель; 8 - усилитель с АРУ; 9 - двухполупериодный усилитель; 10 - демодулятор; 11 - громкоговоритель.

Рассмотрим прохождение сигнала на принципиальной схеме оптического передатчика фиг.3.

Сигнал с микрофона 1 поступает на микрофонный усилитель 2, выполненный на интегральной микросхеме ДА1, в цепь отрицательной обратной связи которого выведен управляемый аттенюатор на основе транзистора VT1. Выходной сигнал усилителя 2 подается на вход каскада сравнения 3 на транзисторе ДА2.5. На вход этого же каскада поступает сигнал треугольной формы с выхода формирователя, образованного последовательно соединенными мультивибратором на основе микросхем ДА2.1, ДА2.2 и интегратором на ДА2.3 и ДА2.4. В моменты равенства мгновенных значений напряжение усилителя и формирователя треугольного напряжения происходит формирование фронта и среза выходных импульсов каскада. Таким образом, генерируются прямоугольные импульсы, длительность которых пропорциональна мгновенным значениям информационного сигнала. Выходной сигнал каскада сравнения 3 поступает на двухкаскадный ключевой усилитель мощности 4 на транзисторах VT2, VT3, нагрузкой которого является светоизлучающий диод VD3 (излучатель 5).

Микрофонный усилитель 3 представляет собой компрессор, сжимающий динамический диапазон входного сигнала. Он состоит из дифференциального усилителя DA1, на неинвертирующий вход которого поступает напряжение, развиваемое микрофоном, а на инвертирующий вход - сигнал управляемого аттенюатора. Последний образован резисторами R3, R4 и сопротивлением канала полевого транзистора VT1. На резисторах R6, R7 выполнена цепь отрицательной обратной связи со стока на затвор полевого транзистора, существенно снижающего нелинейные искажения сигнала, обусловленные нелинейностью аттенюатора.

При повышении уровня сигнала выходное напряжение двухполупериодного выпрямителя на диодах VD2, VD3 снижается, одновременно увеличивается сопротивление канала полевого транзистора, что приводит к уменьшению коэффициента передачи усилителя. Амплитудная характеристика микрофонного усилителя представлена на фиг.2. Полоса пропускания усилителя (250…3000 Гц) сформирована фильтрами, образуемыми конденсатором С1, входным сопротивлением DA1, а также корректирующим конденсатором С2. Сжатие динамического диапазона и ограничение спектра передаваемого сигнала значительно повышает разборчивость сообщений, принимаемых на фоне помех.

При отсутствии информационного сигнала скважность импульсной последовательности на выходе DA2.5 близка к двум. Амплитуда этих импульсов фиксирована и близка к напряжению питания, а длительность пропорциональна мгновенным значениям напряжения входного сигнала. Ключевой усилитель мощности широтно-модулированного сигнала на транзисторах VT2, VT3 обеспечивает импульсный ток в нагрузку около 200 мА.

Оптическое излучение от излучателя 5 через атмосферу поступает на фотодетектор 6, в качестве которого использован кремниевый фотодиод VD1, работающий в фотовольтаическом режиме. Сигнал фотодетектора 6 поступает на резонансный усилитель 7, выполненный на основе микросхемы DA1.1. Для формирования требуемой амплитудно-частотной характеристики в цепь отрицательной обратной связи усилителя включен резонансный контур L1C4, настроенный на частоту широтно-амплитудной модуляции 30...35 кГц. Коэффициент передачи усилителя передачи усилителя в полосе пропускания, близкой к 6 кГц, равен 160…180.

Выходное напряжение каскада поступает на усилитель DA1.2, охваченный системой АРУ 8, в цепь отрицательной обратной связи которого включен управляемый аттенюатор, образованный сопротивлением параллельного контура L2C10 и сопротивлением канала полевого транзистора VT1. Автоматическая стабилизация уровня сигнала достигается за счет изменения глубины отрицательной обратной связи при вариациях напряжения входного сигнала.

Детектирование сигнала осуществляется двухполупериодным выпрямителем 9 на основе диодов VD2 и VD3, нагруженным на двухзвенный фильтр нижних частот. Переменный резистор R8 служит для плавной регулировки уровня выходной мощности. Чувствительность усилителя мощности определяется значением сопротивления резистора R9, устойчивость обеспечивается высокочастотной коррекции R10, C20. Постоянные времени переходных цепей оптического приемника выбраны исходя из получения нижней границы полосы пропускания, близкой к 250 Гц. Фильтры низких частот, введенные в тракт усиления частот, обеспечивают частоту среза около 2,0…3,0 кГц.

Элементы системы открытой оптической связи смонтированы на печатных платах размером 65×45 мм из одностороннего фольгированного стеклопластика.

Оптические системы передатчика и приемника идентичны, конструктивно просты и представляют собой плоско-выпуклые линзы диаметром 60 мм с фокусным расстоянием около 80 мм. В фокальных плоскостях линз передатчика установлен излучающий диод, а в приемник - фоточувствительная поверхность фотодиода.

При настройке оптический передатчик и приемник разносят на некоторое расстояние и тщательно направляют друг на друга по максимуму громкости звучания. В качестве источника сигнала необходимо использовать генератор синусоидального сигнала либо ослабленный делителем выходной сигнал радиоприемника. Поскольку диаграмма направленности оптических антенн весьма высока.

Данная система позволяет обеспечить устойчивую передачу речевого сигнала в отсеках кораблей и судов, а также кораблей с кораблями и береговыми объектами на расстоянии до 2 км, когда угол расходимости не превышают 80° (по уровню 0,7) по горизонтали и 30° по вертикали.

Таким образом, в настоящее время существует возможность оснащения средствами резервной связи кораблей и судов, достаточной для организации помехозащищенной и надежной связи.

Система открытой оптической связи, состоящая из оптического передатчика, электронная система которого включает в себя микрофон, последовательно соединенный с микрофонным усилителем, преобразователем аналогового сигнала и излучателем, а электронная схема оптического приемника состоит из фотодетектора, последовательно соединенная с усилителем импульсов, демодулятором, и громкоговорителем, отличающася тем, что преобразователь аналогового сигнала включает в себя каскад сравнения, в котором формируются прямоугольные импульсы, длительность которых пропорциональна мгновенным значениям информационного сигнала, которые поступают на выходной каскад, с которого поступают на светоизлучающий диод, при этом оптическое излучение от светоизлучающего диода поступает через атмосферу на фотодетектор, который через резонансный усилитель соединен с усилителем с автоматическим регулированием усиления, который последовательно соединен с двухполупериодным выпрямителем, демодулятором и громкоговорителем, причем оптическая система передатчика и приемника идентичны, и представляют собой плоско-выпуклые линзы диаметром 60 мм с фокусным расстоянием 80 мм, в фокальных плоскостях линз передатчика установлен светоизлучающий диод, а в приемнике - фоточувствительная поверхность фотодиода.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электроники и информатики, и предназначено для передачи данных между двумя электронными устройствами, и обеспечивает передачу сигналов, максимально ограничивая использование средств проводной связи.

Изобретение относится к области радиосвязи, а именно к технике управления корабельным радиокомплексом, и может быть использовано для организации внешней и внутренней связи на кораблях, подводных лодках, судах и других подвижных объектах.

Изобретение относится к области беспроводного наблюдения за пациентом, а именно к беспроводному наблюдению за пациентом с помощью медицинского датчика сверхмалой мощности, прикрепленного к телу пациента.

Изобретение относится к многоуровневым распределенным волоконно-оптическим системам связи (ВОЛС), предназначенным для автоматизированных систем управления опасными технологическими объектами.

Изобретение относится к водолазной технике, а именно к водолазным станциям гидроакустической (звукоподводной) связи. .

Изобретение относится к области геофизических методов исследований, предназначается для передачи данных от контрольно-измерительных приборов к наземной аппаратуре.

Изобретение относится к области радиоэлектроники и может быть использовано для организации внутрикорабельной и внешней связи на корабле и других подвижных объектах, технический результат состоит в упрощении конструкции и повышении надежности системы при одновременном сокращении массогабаритных характеристик.

Изобретение относится к радиотехнике. .

Изобретение относится к области радиоэлектроники и может быть использовано для организации внутрикорабельной связи. .

Изобретение относится к системе опознавания судового оборудования. .

Изобретение относится к области связи, а именно к технике управления корабельными комплексами связи (ККС), и может быть использовано для организации связи на надводных кораблях и подводных лодках. Технический результат состоит в расширении функциональных возможностей ККС. Для этого комплекс содержит пять модулей, соединенных между собой посредством разнесенной по кораблю внутрикомплексной транспортной сети в виде четырех подсетей, дополнительно ко второму и четвертому модулям подключено устройство беспроводного широкополосного доступа для организации сети тактического взаимодействия в диапазоне частот 5725-6425 МГц с другими объектами, оснащенными аналогичными устройствами, представляющими собой функционально законченное изделие, состоящее из базовой станции стандарта IEEE 802.16-2004, а в качестве устройств взаимодействия и обмена информацией используют многофункциональные абонентские терминалы, каждый из которых состоит из многофункционального устройства и адаптера радиоинтерфейса стандарта IEEE 802.16-2004 и обеспечивает IP-телефонию, видеотелефонную связь, обмен электронной корреспонденцией, документированной (телеграфной и факсимильной) информацией между абонентами ККС, работающими как на стационарных, так и на подвижных объектах. 2 ил.

Изобретение относится к области гидроакустической связи. Технический результат - повышение помехоустойчивости передачи информации. На передающей стороне осуществляют формирование синхросигнала и исходного информационного сигнала, имеющих малый коэффициент взаимной корреляции, на приемной стороне осуществляют вычисление спектральных отсчетов комплексной огибающей принятого синхросигнала и комплексной огибающей посылки принятого информационного сигнала, на передающей стороне из выбранного объема ансамбля информационных сигналов, содержащего m циклических сдвигов исходного информационного сигнала, формируют передаваемый сигнал, состоящий из К информационных кадров, содержащих одну посылку синхросигнала и L посылок информационных сигналов, на приемной стороне для каждой посылки принятого информационного сигнала формируют вспомогательную последовательность, осуществляют поэлементное умножение вспомогательной последовательности на комплексно-сопряженную последовательность, выполняют обратное дискретное преобразование Фурье полученной последовательности для вычисления комплексной огибающей автокорреляционной функции синхросигнала, сдвинутой во времени на m тактов, в огибающей производят поиск позиции максимальной компоненты и отождествляют найденную позицию с цифровым кодом m, передаваемым информационным сигналом в кадре. 1 ил.

Группа изобретений относится к трубопроводному транспорту. Для защиты от коррозии в трубопроводе используется катодная защитная система, которая содержит множество расположенных в почве стержней заземления, которые электрически соединены каждый с почвой и электрически связаны с находящимся в соединении с почвой трубопроводом. Для обеспечения небольшой сложности системы трубопровода относительно инфраструктуры связи, связь между устройствами связи осуществляется через сам трубопровод. Устройства связи содержат сенсорные блоки и узлы входа в центральный блок обработки. Расположенные вдоль трубопровода сенсорные блоки служат для измерения сигналов и снабжаются энергией из катодной защитной системы. За счет этого нет необходимости в отдельной системе электроснабжения. Для обеспечения возможности снабжения энергией полностью из катодной защитной системы, каждый автономный сенсорный блок снабжен такими компонентами, которые обеспечивают возможность связи с помощью менее сложных способов модуляции. За счет обработки возникающих в результате сотрясений почвы сигналов и их классификации, во входные узлы передаются сообщения тревоги лишь при распознавании критичных событий. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 4 ил.
Наверх