Способ передачи информации в открытой оптической среде между перемещающимися объектами и устройство для его реализации



Способ передачи информации в открытой оптической среде между перемещающимися объектами и устройство для его реализации
Способ передачи информации в открытой оптической среде между перемещающимися объектами и устройство для его реализации

 

H04B10/00 - Передающие системы, использующие потоки корпускулярного излучения или электромагнитные волны, кроме радиоволн, например световые, инфракрасные (оптические соединения, смешивание или разделение световых сигналов G02B; световоды G02B 6/00; коммутация, модуляция и демодуляция светового излучения G02B,G02F; приборы или устройства для управления световым излучением, например для модуляции, G02F 1/00; приборы или устройства для демодуляции, переноса модуляции или изменения частоты светового излучения G02F 2/00; оптические мультиплексные системы H04J 14/00)

Владельцы патента RU 2629959:

Акционерное общество "Научно-исследовательский институт телевидения" (RU)

Изобретение относится к технике связи и может использоваться в системах передачи информации через свободное пространство. Технический результат состоит в повышении эффективности способа и устройства за счет учета спектральных характеристик оптической среды и стабильности разделения потоков при взаимном перемещении объектов связи. Для этого на передающей стороне опорный поток излучается точечными излучателями на длине волны λ1, модулируется синхронизирующей и служебной информацией, а основной информационный поток излучается матрицей точечных излучателей на длине волны λ2. Длины волн излучения λ1 и λ2 выбирают так, чтобы коэффициент ослабления оптической средой излучения с длиной волны λ1 был больше коэффициента ослабления излучения с длиной волны λ2. Устройство передачи информации в открытой оптической среде между перемещающимися объектами содержит приемную 1 и передающую 2 части, конструктивно связанные друг с другом, и состоит из телевизионной камеры 11, чувствительной к поступающим пространственно совмещенным потокам, вычислительного устройства 12, управляющего двумя модуляторами 23 и 24, подключенными к k точечным излучателям с длиной волны излучения λ1 и матрице 25 точечных излучателей с длиной волны излучения λ2. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

 

Настоящее изобретение относится к системам оптической связи в открытом (свободном) пространстве, представляющем собой некоторую среду с известными спектральными характеристиками, например вакуум, воздух, газы, жидкости и т.п.

Известные способы и устройства такой связи (передачи информации) реализуются либо с использованием когерентных оптических излучателей, а именно лазеров (или лазерных диодов), либо с использованием некогерентных излучателей, а именно светодиодов.

Применение когерентных излучателей, несмотря на достигнутый прогресс в совершенствовании их характеристик, для передачи информации между перемещающимися (мобильными) объектами трудно реализуемо по причинам:

- необходимости точного совмещения апертур передающей и приемной частей для каждого объекта и его поддерживания при взаимном перемещении объектов, что реализовать на практике сложно и громоздко;

- влияния флюктуаций оптической среды на качество связи;

- снижения скорости передачи информации из-за необходимости включения в канал значительного объема служебной информации;

- особых требований по безопасности при производстве и эксплуатации когерентных систем.

Учитывая изложенное, остановимся на рассмотрении систем оптической связи в открытом (свободном) пространстве, допускающих использование некогерентных (диффузных) излучателей, а именно светодиодов.

Известно устройство передачи информации, описанное в патенте RU 2494544 (опубл. 27.09.2013) «Устройство передачи информации», которое заключается в том, что N светодиодов и N светочувствительных элементов размещаются напротив друг друга с оптической изоляцией их апертур друг от друга. Устройство обеспечивает передачу информации по нескольким каналам.

Но в данном устройстве светоизлучающие и светочувствительные элементы не только оптически, но и механически связаны друг с другом и, хотя и выполнены с возможностью взаимного вращения, но не позволяют реализовать связь между перемещающимися друг относительно друга объектами, а также не учитывают спектральные характеристики оптической среды.

Соответственно и способ передачи информации, реализованный в данном устройстве, имеет аналогичный недостаток.

Известна «Система непрямой оптической связи в свободном пространстве и способ высокоскоростной широкополосной передачи данных» (RU 2388156, опубл. 27.04.2010), в которой для исключения помех в соседних приемниках используют либо свет (излучение) с разными длинами волн, либо соответствующим образом выбирают их апертуры. Способ высокоскоростной широкополосной передачи данных и система непрямой оптической связи в свободном пространстве, его реализующая, обеспечивают непрямую оптическую широкополосную высокоскоростную передачу данных и включает в себя передатчик, содержащий источник модулируемого света, и приемник, содержащий фотодетектор для приема излучаемого передатчиком света и преобразования его в электрический сигнал. Передатчик и приемник направлены, по меньшей мере, на одну общую для них поверхность, которая отражает излучаемый передатчиком свет, прежде чем этот свет попадет в приемник.

Известный способ не позволяет создать систему связи между перемещающимися объектами и не учитывает параметры оптической среды.

Наиболее близким по своей технической сути к заявляемым способу и устройству является техническое решение, описанное в патенте на изобретение RU 2296425 (опубл. 27.03.2007) «Способ передачи информации в открытой оптической системе связи и устройство для его реализации», в котором предложен способ передачи информации в открытых оптических системах связи, заключающийся в пространственном совмещении двух потоков на передающей стороне - опорного и промодулированного. Для опорного потока формируют одну плоскость поляризации, а для промодулированного потока формируют плоскость поляризации, перпендикулярную первой. При выделении передаваемой информации на приемной стороне разделяют потоки с взаимно перпендикулярными плоскостями поляризации при помощи пространственного разделителя по поляризации. Эти потоки падают на соответствующие фотоприемники, выполненные в виде одноэлементных фотоприемников, и получают выходной сигнал передаваемой информации путем формирования отношения измеренных величин сигналов с указанных фотоприемников.

Известный способ имеет ряд недостатков, в частности:

- не учитывает спектральные характеристики оптической среды;

- не обеспечивает стабильное разделение потоков излучения при взаимном перемещении объектов связи;

- имеет низкую энергетическую эффективность из-за того, что используются электромагнитные волны (оптического диапазона) только с одним видом поляризации в каждом канале.

Реализующее известный способ устройство для передачи информации в открытой оптической системе связи состоит из передатчика и приемника, который включает в себя объектив, демодулятор, два фотоприемника, делитель выделенных сигналов. Передатчик содержит два источника излучения, плоскости поляризации которых взаимно перпендикулярны, светоделительный кубик и собирающие линзы, оптически связанные между собой. Первый источник формирует опорный поток, второй - поток, промодулированный сигналом передаваемой информации. Демодулятором является пространственный разделитель по поляризации, выходы которого оптически связаны с входами одноэлементных фотоприемников.

Известное устройство имеет ряд существенных недостатков. В частности, оно не учитывает спектральные характеристики оптической среды и использует только один вид поляризации электромагнитных волн (оптического диапазона) в каждом канале, что снижает энергетическую эффективность устройства в целом. Также должна быть обеспечена достаточная точность взаимного расположения источника и приемника информации, что исключает случай их взаимного движения и несоблюдения соосности. К недостаткам также можно отнести сложность и большую стоимость входящих в состав элементов, например, источника излучения с поляризованным излучением в вертикальной и горизонтальной плоскостях светоделительного кубика, пространственного разделителя по поляризации; измерителя отношений электрических сигналов и др.

Технический результат заявляемого способа и устройства направлен на повышение эффективности способа и устройства за счет учета спектральных характеристик оптической среды и стабильности разделения потоков при взаимном перемещении объектов связи.

Другим техническим результатом является повышение энергетической эффективности за счет использования полного спектра излучения точечных источников.

Это достигается тем, что способ передачи информации в открытой оптической среде между перемещающимися объектами с пространственным совмещением двух потоков на передающей стороне, один из которых является опорным, а второй - информационным, и разделением их на приемной стороне, отличается тем, что на передающей стороне опорный поток излучается точечными излучателями, количество которых равно k, на длине волны λ1, модулируется синхронизирующей и служебной информацией для каждого из перемещающихся объектов, количество которых равно или меньше 2k, а основной информационный поток излучается матрицей точечных излучателей на длине волны λ2, при этом длины волн излучения λ1 и λ2 выбирают так, чтобы коэффициент ослабления оптической средой излучения с длиной волны λ1 был больше коэффициента ослабления излучения с длиной волны λ2, на приемной стороне потоки подвергают спектральной фильтрации, преобразуют оптическое излучение в электрические сигналы, которые дешифрируют в синхронизирующую, служебную и основную информацию.

А устройство передачи информации в открытой оптической среде между перемещающимися объектами, содержащее приемную и передающую части, отличается тем, что приемная часть состоит из телевизионной камеры, чувствительной к поступающим пространственно совмещенным потокам, выход которой соединен с вычислительным устройством, а передающая часть содержит первый модулятор, выходы которого подключены к k точечным излучателям с длиной волны излучения λ1, и второй модулятор, выход которого соединен с входом матрицы точечных излучателей с длиной волны излучения λ2, при этом первый выход вычислительного устройства подключен к входу первого модулятора, второй выход - к входу второго модулятора, а на третьем выходе вычислительного устройства формируется синхронизирующая, служебная и основная информация, при этом приемная и передающая части конструктивно связаны друг с другом.

Сущность изобретения поясняется графическими материалами,

где на чертеже изображена функциональная схема устройства, реализующего заявляемый способ.

Способ реализуется с помощью устройства для передачи информации в открытой оптической среде между перемещающимися объектами (см. фиг.), состоящего из приемной 1 и передающей 2 частей, конструктивно связанных друг с другом. Приемная часть 1 включает высокоскоростную дихроичную телевизионную камеру 11, чувствительную к составляющим пространственно совмещенного потока, состоящего из информационного и опорного потоков. Выход телевизионной камеры 11 соединен с входом вычислительного устройства 12, обрабатывающего видеосигнал телевизионной камеры 11, реализующего протокол связи между перемещающимися объектами и дешифрирующего получаемую информацию. Передающая часть 2 содержит первый модулятор 23, выходы которого подключены к k точечным излучателям 2.1, 2.2, …, 2.k с длиной волны излучения λ1, и второй модулятор 24, выход которого соединен с входом матрицы точечных излучателей 25 с длиной волны излучения λ2, при этом первый выход вычислительного устройства 12 подключен к входу первого модулятора 23, второй выход - к входу второго модулятора 24, а на третьем выходе вычислительного устройства 12 формируется синхронизирующая, служебная и основная информация. Причем коэффициент ослабления оптической средой излучения с длиной волны λ1 должен быть большим коэффициента ослабления излучения с длиной волны λ2.

Устройство для передачи информации в открытой оптической среде между перемещающимися объектами работает следующим образом.

Поскольку передача информации происходит между перемещающимися в пространстве объектами, на каждом из которых установлено заявляемое устройство, рассмотрим его работу на примере двух объектов, т.е. когда k равно 1. Передающая часть 2 устройства одного объекта передает на приемную часть 1 другого перемещающегося объекта два пространственно совмещенных оптических потока. Один из этих потоков промодулирован модулятором 23 (см. фиг.) служебной информацией, в качестве которой используется синхросигнал от телевизионной камеры 11, индивидуальный двоичный номер объекта (из числа k) и сигнал протокола связи.

Второй поток передаваемой информации модулируется модулятором 24.

Точечными излучателями для первого и второго потоков являются светодиоды, имеющие угол излучения, меньший или равный углу (полю) зрения телевизионной камеры 11 приемной части 1 другого объекта, а длины волн λ1 и λ2, на которых излучаются упомянутые потоки, определяются спектральной характеристикой среды, в которой будет работать два перемещающихся объекта.

Ослабление излучения для длины волны синхронизирующего потока должно быть больше, чем ослабление на длине волны информационного потока. Так, например, для воздушной среды λ1 может быть выбрана в сине-зеленой области спектра, а λ2 - в красной или ближней инфракрасной области. Для морской воды λ1 может лежать в зелено-оранжевой области, а λ2 - в сине-зеленой. В этом случае при установлении устойчивого приема и дешифрации синхронизирующего потока на приемной стороне можно считать, что качество приема информационного потока будет не хуже, а может быть и лучше опорного (синхронизирующего).

Это обстоятельство позволяет использовать для передачи информации изохронный режим, не содержащий во время передачи различных вставок, снижающих скорость передачи информации.

Пройдя сквозь оптическую среду, оба излучаемых потока принимаются высокоскоростной (с высокой частотой чтения кадров и, соответственно, «окон интереса») дихроичной телевизионной камерой 11 второго устройства. Данная телевизионная камера 11 осуществляет спектральную фильтрацию, преобразует оптическую информацию в электрический видеосигнал и передает его в вычислительное устройство 12.

Аналогично формируют ответный пространственно совмещенный поток, который поступает на приемную часть устройства, установленную на первом перемещающемся объекте.

Скорость передачи информации в рассматриваемой системе определяется произведением количества светодиодов в матрице 25 одного устройства связи на скорость чтения кадров («окон интереса») телевизионной камеры 11 другого устройства. Так, например, при формате матрицы 16×16 светодиодов и частоте кадров камеры 200000 к/с скорость передачи информации составит 48,8 Мбит/с.

Таким образом, предлагаемый способ и устройство для его реализации позволяют учитывать спектральные характеристики оптической среды, обеспечивают стабильность разделения совмещенного излучаемого потока его спектральной фильтрацией на приемной стороне, которая не зависит от взаимного положения (перемещения) объектов связи в пределах угла (поля) зрения ТВ камеры и повышает энергетическую эффективность излучения пространственного потока благодаря использованию длин волн с любой поляризацией.

1. Способ передачи информации в открытой оптической среде между перемещающимися объектами с пространственным совмещением двух потоков на передающей стороне, один из которых является опорным, а второй - информационным, и разделением их на приемной стороне, отличающийся тем, что на передающей стороне опорный поток излучается точечными излучателями, количество которых равно k, на длине волны λ1, модулируется синхронизирующей и служебной информацией для каждого из перемещающихся объектов, количество которых равно или меньше 2k, а основной информационный поток излучается матрицей точечных излучателей на длине волны λ2, при этом длины волн излучения λ1 и λ2 выбирают так, чтобы коэффициент ослабления оптической средой излучения с длиной волны λ1 был больше коэффициента ослабления излучения с длиной волны λ2, на приемной стороне потоки подвергают спектральной фильтрации, преобразуют оптическое излучение в электрические сигналы, которые дешифрируют в синхронизирующую, служебную и основную информацию.

2. Устройство передачи информации в открытой оптической среде между перемещающимися объектами, содержащее приемную и передающую части, отличающееся тем, что приемная часть состоит из телевизионной камеры, чувствительной к поступающим пространственно совмещенным потокам, выход которой соединен с вычислительным устройством, а передающая часть содержит первый модулятор, выходы которого подключены к k точечным излучателям с длиной волны излучения λ1, и второй модулятор, выход которого соединен с входом матрицы точечных излучателей с длиной волны излучения λ2, при этом первый выход вычислительного устройства подключен к входу первого модулятора, второй выход - к входу второго модулятора, а на третьем выходе вычислительного устройства формируется синхронизирующая, служебная и основная информация, при этом приемная и передающая части конструктивно связаны друг с другом.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к оптическим способам определения взаимного положения объектов и замкнутым телевизионным системам, в которых сигнал не используется для широкого вещания.

Изобретение относится к технике связи и может использоваться в системах оптической связи. Технический результат состоит в повышении достоверности приема в системе связи.

Способ обнаружения локальных дополнительных потерь в оптическом волокне методом обратного рассеяния заключается в формировании коротких зондирующих импульсов и преобразовании их в оптические импульсы, вводе их в оптическое волокно, приеме с волокна обратно-рассеянного и отраженных сигналов, которые преобразуют в электрический сигнал, после чего усиливают, преобразуют его в цифровую форму и вычисляют его среднее значение, из которого формируют рефлектограмму.

Изобретение относится к области устройств для представления меняющегося информационного материала, а также к области устройств или схем для управления индикаторными устройствами и может быть использовано для создания устройств демонстрации наружной видеорекламы.

Способ определения характеристик оптического канала передачи информационного сигнала включает в себя измерение затухания оптического канала от источника оптического излучения до приемника оптического излучения.

Изобретение относится к области электросвязи и может использоваться в комбинированных системах волоконно-эфирной структуры сетей мобильной радиосвязи. Технический результат состоит в расширении области применения.

Способ и устройство формирования внутренней шкалы времени устройств сравнения и синхронизации шкал времени и оптоволоконных рефлектометров основаны на генерации оптических импульсов и направлении их в циркулятор, регистрации момента излучения импульсов с помощью фотоприемника, циркулятора и полупрозрачного зеркала, расположенного между выходом циркулятора и входом в исследуемую, в случае рефлектометрии, или соединяющую удаленные объекты, в случае синхронизации шкал времени, волоконно-оптическую линию.

Изобретение относится к технике связи и может использоваться в системах оптической связи. Технический результат состоит в повышении пропускной способности передачи.

Устройство квантовой криптографии включает источник излучения, первый волоконный светоделитель, волоконный интерферометр, второй волоконный светоделитель, первый фазовый модулятор, третий волоконный светоделитель, детектор, аттенюатор, линию задержки, поляризационный фильтр, второй фазовый модулятор, волоконное зеркало и однофотонный детектор.

Изобретение относится к области сетевой волоконно-оптической квантовой криптографии - к защищенным информационным сетям с квантовым распределением криптографических ключей.

Изобретение относится к области аудио- и радиотехники, в частности к защите информации от ее утечки по техническим каналам, и может преимущественно использоваться для контроля защищенности акустической речевой информации, циркулирующей в помещении, от утечки из помещения наружу сквозь оконную конструкцию (ОК). В способе контроля защищенности акустической речевой информации, циркулирующей в помещении, от ее утечки по акустическому каналу наружу сквозь ОК, основанном на определении звукоизоляции оконной конструкции путем ее сквозного зондирования тестовыми акустическими сигналами на частотах спектра речи, расчете по этим результатам достижимой словесной разборчивости речи и ее сравнении с установленной нормой, зондирование ОК с симметричным поперечным профилем конструкции осуществляют снаружи помещения. Технический результат заключается в обеспечении контроля защищенности акустической речевой информации, циркулирующей в помещении, от ее утечки из помещения наружу сквозь ОК при повышенной звукоизоляции ОК и ограниченном уровне звукового давления зондирующего сигнала. 2 ил., 1 табл.

Устройство передачи аналогового электрического сигнала по ВОЛС содержит N≥1 каналов. Каждый канал состоит из лазерного модуля, входного волокна, выходного волокна, электрооптического модулятора интенсивности по схеме интерферометра Маха-Цандера, источника питания для модулятора, приемника оптического излучения и оцифровщика. В каждом из N каналов устройства передачи содержит модулятор, высокочастотный сумматор электрических сигналов и источник высокочастотных электрических сигналов. Сумматор соединен с указанным источником и генератором электрических импульсов. Технический результат заключается в обеспечении возможности точного восстановления формы электрического сигнала по зарегистрированному оптическому аналогу, передающемуся по ВОЛС с внешней модуляцией, без проведения процедур настройки и периодического контроля рабочей точки модулятора, а следовательно, без контроллеров рабочей точки и без необходимости подачи постоянного оптического излучения на вход модулятора. 3 ил.
Наверх