紫外光通信（紫外光通信）

基本原理

紫外光通信基于两个相互关联的物理现象：一是大气层中的臭氧对波长在200nm到300nm之间的紫外光有强烈的吸收作用，这个区域被叫做日盲区，到达地面的日盲区紫外光辐射在海平面附近几乎衰减至零；另一现象是地球表面的日盲区紫外光被大气强烈散射。日盲区的存在，为工作在该波段的紫外光通信系统提供了一个良好的通信背景。紫外光在大气中的散射作用使紫外光的能量传输方向发生改变，这为紫外光通信奠定了通信基础，但吸收作用带来的衰减使紫外光的传输限定在一定的距离内。紫外光通信是基于大气散射和吸收的无线光通信技术。它的基本原理是以日盲区的光谱为载波，在发射端将信息电信号调制加载到该紫外光载波上，已调制的紫外光载波信号利用大气散射作用进行传播，在接收端通过对紫外光束的捕获和跟踪建立起光通信链路，经光电转换和解调处理提取出信息信号。紫外光通信特别适用于复杂环境下近距离抗干扰保密通信。

基本结构

紫外光通信的基本结构

工作原理

发射系统由信源模块、调制模块、驱动电路和紫外光源等组成，其工作过程如下：调制模块采用特定的调制方式将信源模块产生的电信号做调制变换，再通过发端驱动电路使紫外光源将调制信息随紫外载波发送出去；接收系统由紫外探测器、预处理电路、解调模块和信宿模块组成：其工作过程和发射系统刚好相反，紫外探测器捕捉并收集紫外光信号，对其进行光电转换，收端预处理电路对电信号进行放大、滤波等，解调模块将原始信息恢复出来送至信宿模块。

通信方式

紫外光通信系统有两种通信方式：视距通信 (LineofSight)和非视距通信。与传统的自由空间光通信一样，紫外光通信可以以视距方式进行通信，遵循“信号强度按指数规律衰减，与距离的平方成反比”的规律。下面重点介绍紫外光特有的非视距通信方式。由于大气分子和悬浮粒子的散射作用，紫外光在传输过 程中产生的电磁场使大气中的粒子所带的电荷产生振荡，振荡的电荷产生一个或多个电偶极子，辐射出次级球面波。由于电荷的振荡与原始波同步，所以次级波与原始波具有相同的电磁振荡频率，并与原始波有固定的相位关系，次级球面波的波面分布和振动情况决定散射光的散射方向。因此，散射在大气中紫外光信号与光源保持了相同的信息。

通信军事特点

(1)保密性高。①低分辨率：紫外光是不可见光，肉眼不可能直接发现紫外光源的存在；紫外光通过大气散射方式向四面八方传播信号，因而很难从散射信号中判断出紫外光源的所在位置。②低窃听率：由于大气分子、悬浮粒子的强吸收作用，紫外光信号的强度按指数规律衰减，这种强度衰减是距离的函数，因此可根据通信距离的要求来调整系统的发射功率，使其在非通信区域的辐射功率减至最小，使敌方难以截获。

(2)环境适应性强。①防自然干扰：由于日盲区的存在，近地面日盲区紫外光噪声很小；另外，大气散射作用使得近地面的紫外光均匀分布，在信号接收端反映为以直流为主的电平信号，可利用滤波的方式去除这些背景信号。②防人为干扰：由于系统的辐射功率可根据通信距离要求减至最小，敌方很难在远距离对本地紫外光通信发射系统进行干扰；其它常规通信干扰对紫外光通信是无效的。

(3)全方位全天候性。①全方位：紫外光的散射特性使紫外光通信系统能以非视距方式传输信号，从而能适应复杂的地形环境，克服了其他自由光通信系统必须工作在视距通信方式的弱点。②全天候：日盲区的太阳紫外辐射强度在近地面十分微弱，无论白天还是夜晚都不会有太大的“噪声”干扰。地理位置、季节更替、气候变化、能见度等因素的影响和太阳辐射一样，都可以看成是一种可忽略的背景“噪声”。

(4)灵活机动，可靠性高。①灵活机动：紫外光通信平台在地面上可采用车载式，空中可采用机载式，海上可采用舰 载式，可实现网络移动式通信，克服了传统有线或无线通信需要铺设电缆和基站的缺点，能跟随部队快速机动，适应瞬息万变的战场环境②可靠性高：传统通信方式的电缆或基站一 旦被摧毁将会导致通信彻底中断，对于战场环境，将是无法接受的；紫外光信号在战场上很难被侦测到，作为攻击目标的可能性小。即使被破坏，由于其机动性强，可使用备份设备，快速抢通战时通信系统。

通信军事应用

紫外光通信既可以补足传统光通信不能进行非视距通信，受气候影响严重的缺陷，也可以弥补传统无线及有线通信需要部署线路和基站等灵活性差的不足，是一种极具发展潜力的通信军事手段。

紫外光通信可用于1～2km 的非视距通信，如果采用聚光方式，定向视距通信距离可达5～l0km。紫外光通信系统的话音通信频率通常为l9．2kHz，在距离为2～1Okm，数据传送速率为4800bit/s时，系统的误码率可达l×10的-6次。与其他传统的通信方式相比更加隐蔽，需要的发射功率大大降低，非常适用于短距离、窄带宽、能量受限的应用环境。

紫外光通信系统可用于超低空飞行的直升机小队进行不问断的内部安全通信。紫外光通信主要是利用了紫外线的散射能力，在以光源为中心的有效半径内都可以立体接收到通信信息，且紫外光的绕射能力很强，克服了自由光通信系统必须工作在视距通信方式的弱点；紫外光通信的波段范围一般选择在日盲区域(200～300nm)，该区域内太阳的近地辐射微弱，因而即使在白天也不会有太大的自然光干扰。使用紫外光通信系统的每架飞机都装备有一套收发系统，发射机以水平方向辐射光信号，接收机则面朝天安装，以收集散射到其视野区内的紫外光信号，从而使全小队的飞机都可收到相同的通信信号。

紫外光技术可用于改进舰载飞机的起飞导引系统。航母飞行甲板通信系统同时沟通指挥塔台与所有飞机之间的通信。光发射机可安装在航母的舰桥上，以水平方式向甲板辐射紫外光信号，每架飞机上装有一台小型接收机，面朝天安装，以收集散射在大气层中的导航数据。光发射机发出的紫外光具有散射和同播特性，能照射整个飞行甲板，这样飞机可以自由移动，并能同时接收数据。

人们目前昕掌握的通信手段在军事通信联络中起到了重要的作用，但同时也存在一些不足。例如，无线电和微波通信比较容易被窃听、干扰和破坏，不适合“电磁寂静”的场合；有线通信和光纤通信需要预先铺相的线路，不能达到灵活、机动和快速反应。为了在未来战争中立于不败之地，各国都在寻求更新颖、更隐蔽、更安全和不易被干扰的通佶手段，紫外光无线通信就在这种要求下出现了。

紫外光通信是一种新兴的通信系统，是利用紫外光在大气中的散射来进行信息传输的一种新型通信模式。由于其可以实现非视距、短距离的抗干扰、抗截获能力强的特点，特别适合于军事应用中，是满足战术通信要求的理想手段。但是对于紫外光通信系统的研究还处于初级阶段，特别是国内在这方面的研究不多，还没有形成成型的系统，因此迫切需要进一步的研究。