Лекция
Привет, Вы узнаете о том , что такое космическая связь, Разберем основные их виды и особенности использования. Еще будет много подробных примеров и описаний. Для того чтобы лучше понимать что такое космическая связь, лазерная связь, lcrd , настоятельно рекомендую прочитать все из категории Устройства приема и обработки радиосигналов, Передача, прием и обработка сигналов.
лазерная связь в космосе - это использование оптической связи в открытом космосе . Связь может осуществляться полностью в космосе ( межспутниковая лазерная линия связи ) или в приложении "земля-спутник" или "спутник-земля". Основное преимущество использования лазерной связи по сравнению с радиоволнами - это увеличенная полоса пропускания , позволяющая передавать больше данных за меньшее время.
В космическом пространстве дальность связи оптической связи в свободном пространстве в настоящее время составляет порядка нескольких тысяч километров и подходит для межспутниковой службы . У него есть потенциал для преодоления межпланетных расстояний в миллионы километров, используя оптические телескопы в качестве расширителей луча .
Практическое освоение радиоволн оптического диапазона для целей связи стало возможным с появлением принципиально новых источников когерентных электромагнитных колебаний — квантовых генераторов. Принцип действия квантовых генераторов заключается в том, что в них в отличие от генераторов СВЧ микроволнового диапазона радиоволн, построенных на основе объемных резонаторов, генерируются электромагнитные колебания, поглощаемые и испускаемые частицами определенного вещества, называемого рабочим телом. В зависимости от частоты излучение порождается при изменении структуры молекул (инфракрасный диапазон) или атомов (видимый и ультрафиолетовый диапазон). При определенных, искусственно созданных условиях, когда поглощение и излучение электромагнитных колебаний отдельными частицами вещества происходит упорядоченно, квантовые системы работают в режиме вынужденного или индуцированного излучения, предсказанного теоретически А. Эйнштейном.
Квантовые усилители и генераторы электромагнитных колебаний микроволнового диапазона (частота меньше 3.1011 Гц) получили название мазеров. Слово «мазер» происходит от первых букв английских слов «Мicrowave amplification by stimulated emissior of radiation», что означает «усиление микроволн с помощью вынужденного излучения». Квантовые усилители и генераторы оптического диапазона называются лазерами. Термин «лазер» образовался в результате замены буквы «М» в слове мазер на букву «Л» (от английского слова «light» — свет).
К началу 80-х годов было разработано большое количество различных мазеров и лазеров, генерирующих или усиливающих излучение с длинами волн от миллиметрового диапазона до ультрафиолета. Однако из-за несовершенства характеристик (малого срока службы, нестабильности, малой мощности, высокой стоимости и др.) большинство из них не используется в системах связи. Практически применяемые в системах связи газовые, твердотельные и полупроводниковые лазеры генерируют излучение в узкой области частот и не перестраиваются, поэтому с их помощью может быть использована лишь незначительная часть оптического диапазона.
В отличие от всех существующих ранее источников света излучение лазера характеризуется весьма высокой степенью упорядоченности светового поля (высокой степенью когерентности). Это делает лазер похожим на своеобразную «оптическую радиостанцию».
Высокие когерентные свойства позволяют применять излучение лазеров наиболее просто и эффективно для целей связи, например в космосе.
Применение лазеров для связи в атмосфере и под водой несколько сложнее, поскольку для этого требуются широкомасштабные исследования среды распространения в зависимости от погодных условий района связи. Однако опыт эксплуатации экспериментальных систем в СССР и за рубежом также подтвердили перспективность создания лазерных систем для связи в атмосфере и под водой.
Лазерные системы связи пригодны как для передачи обычных сигналов — телеграфных, телефонных и телевизионных, так и для передачи сигналов телеметрии с различными скоростями и данных.
Обобщенная функциональная схема односторонней лазерной системы связи показана на рис. 8.1. Излучение лазера Л модулируется оптическим модулятором ОМ в соответствии с сигналами, поступающими от источника информации ИИ. С помощью передающей ПА и приемной ПРА оптических систем это излучение поступает на оптический приемник ОП, где преобразуется в электрический сигнал. После выделения в демодуляторе ДМ информация поступает в оконечное устройство ОУ для выдачи потребителю. Системы нацеливания СН1 и СН2 служат для совмещения оптических осей приемной и передающей оптических систем. Пункты передачи и приема разделены средой (космос, атмосфера, вода), в которой распространяется лазерное излучение.
Очевидно, что наиболее полно преимущества лазерных линий связи проявляются в космических системах связи, причем, чем больше протяженность линии связи, тем больше проявляются эти преимущества. Например, при использовании обычных систем связи радиодиапазона на космических аппаратах при первых полетах в сторону Марса, Венеры и других планет солнечной системы скорость передачи информации составляла всего несколько двоичных единиц в секунду.
Лазерная система связи, пригодная для передачи информации в район планеты Нептун, со скоростью 104 бит/с при диаметре передающей и приемной антенн 0,1 и 16 м, соответственно, при длительности импульсов 1 не и частоте следования 500 Гц должна обеспечивать среднюю мощность излучения всего 0,6 Вт. Расчеты показывают, что излучение лазера в виде импульсов с энергией 104 Дж и длительностью 1 не при расхождении 10-6 рад может быть зарегистрировано на Земле на расстоянии около 10 световых лет.
Основная трудность создания лазерных систем, особенно дальней связи,— совмещение луча с приемной антенной и удержание его во время сеанса связи. Типовые оптические антенны способны формировать луч, угловая расходимость которого составляет доли угловой секунды. Если такой луч направляется на удаленное приемное устройство, то требуемая точность, с которой луч должен нацеливаться, составляет приблизительно половину угловой ширины луча. Допустим, что передатчик, расположенный на синхронном искусственном спутнике Земли, высота орбиты которого составляет 35 200 км, излучает в направлении Земли. При точности нацеливания 50 мкрад на этом расстоянии размер сечения зоны неопределенности положения оси луча на земле составит (50 X 10-6) X (35 200) ~ 1,6 км, т. е. луч передатчика достигает Земли в пределах окружности 1,6 км в диаметре. Антенны радиодиапазона обычно имеют ширину диаграммы направленности около 10° и при указанном расстоянии до ИСЗ «накрывают» на Земле окружность диаметром около 6400 км.
Применение лазерных наземных линий связи через атмосферу считается весьма перспективным, несмотря на селективное затухание оптического излучения в атмосфере.
На рис. 8.2. показана упрощенная зависимость коэффициента пропускания атмосферы К от длины волны излучения. Уменьшение коэффициента пропускания в диапазоне ниже 2 мкм объясняется в основном влиянием рассеяния. Резкие изменения коэффициента пропускания (провалы) объясняются селективным характером поглощения на инфракрасных частотах. В рассматриваемом диапазоне длин волн имеется восемь областей относительно высоких значений коэффициента пропускания. Эти области называются атмосферными окнами прозрачности. Как видно из рисунка, с увеличением длины волны (т. е. при переходе в инфракрасный диапазон) прозрачность атмосферы возрастает и оказывается максимальной на длине волны 10,6 мкм для лазера на углекислом газе.
Оптический диапазонспектра составляют электромагнитные колебания, длина волн которых лежит в пределах от 1 м до 1 нм*. Внутри оптического диапазона выделяютвидимое( λ =0,38...0,78 мкм),инфракрасное(λ=0,78...1000 мкм) иультрафиолетовое(λ=0,001...0,38 мкм) излучения (рис. В.1).
Световые волны- электромагнитные волны оптического диапазона.
Монохроматическое излучение- оптическое излучение, характеризующееся какой-либо одной частотой (одной длиной волны) световых колебаний.
Квантовый усилитель- усилитель электромагнитных волн, основанный на использовании вынужденного излучения.
Квантовый генератор- источник когерентного излучения, основанный на использовании вынужденного излучения.
Лазер* (оптический квантовый генератор)- квантовый генератор (усилитель) оптического излучения.
Мазер- квантовый генератор (усилитель) электромагнитного излучения радиодиапазона.
Вынужденное излучение- когерентное электромагнитное излучение, возникающее в результате вынужденного испускания.
Вынужденное испускание- когерентное испускание фотона при квантовом переходе системы в результате взаимодействия с внешним электромагнитным полем.
Когерентность- согласованное протекание во времени и в пространстве колебательных или волновых процессов. Электромагнитная волна называется когерентной, если ее амплитуда, частота, фаза, направление распространения и поляризация постоянны или изменяются по определенному закону (упорядочению).
В качестве основных свойств лазерных систем связи, на основе которых обеспечивается весьма существенное повышение безопасности и надежности информационного обмена, можно выделить:
практически абсолютную защищенность канала от несанкционированного доступа и, как следствие, высокий уровень помехоустойчивости и помехозащищенности, за счет возможности концентрации всей энергии сигнала в углах от долей угловых минут (в лазерных космических системах связи) до десятков градусов (полнодоступные системы связи в помещениях);
высокие информационные емкости каналов (до десятков Гбит/с), что обеспечивает возможность устойчивого криптографирования с высоким уровнем избыточности;
отсутствие ярко выраженных демаскирующих признаков (в основном побочных электромагнитных излучений) и возможность дополнительной маскировки, позволяющей скрыть не только передаваемую информацию, но и сам факт информационного обмена.
Кроме того, многие специалисты отмечают биологическую безопасность этих систем, так как средняя плотность мощности излучения в лазерных системах различного назначения примерно в 10 3 - 10 6раз меньше облученности, создаваемой Солнцем, а также простоту принципов их построения и функционирования, относительно малую стоимость по сравнению с традиционными средствами передачи информации аналогичного назначения.
Одним из основных факторов, определяющих возможность применения этих линий является устойчивость работы при воздействии помех различного происхождения как естественного, так и искусственного, в частности, туманов, дымов, смога и других аналогичных явлений. Теоретически оценить воздействие таких помех на эффективность работы линии в конкретных условиях (природно-климатической зоне) крайне затруднительно из-за большой степени неопределенности исходных данных. Такие результаты получаются, главным образом, экспериментально.
Теоретически дальность связи определяется простым соотношением
где Pt и Pr - мощность лазерного излучателя и пороговая мощность фотоприемного устройства, Sr - площадь апертуры фотоприемного устройства, a - угол расходимости лазерного излучения t - суммарный коэффициент потерь лазерного излучения за счет поглощения и рассеяния в атмосфере, оптических системах и других элементах канала.
Анализ полученных в ходе проведения экспериментальных работ данных, а также других результатов опытной эксплуатации показал, что на расстоянии до 2 - 3 км влияние естественных помех практически не ощущается, то есть линия функционирует при любых погодных условиях. Об этом говорит сайт https://intellect.icu . Увеличение дальности связи приводит к возрастанию уровня помех и на дальности 10 км общее время неблагоприятных для связи условий составляло 1.5 - 2 % от общего времени работы.
Среди воздействующих факторов по интенсивности воздействия при дальности связи 10.2 км можно выделить:
снегопад - (более 50 % ошибок);
туман - (около 30 % ошибок);
смог, дым труб и т.п. - (примерно 20 % ошибок).
+При этом необходимо отметить, что, как показал анализ типовых условий применения таких линий в городских условиях, дальность связи, в основном, лежит в диапазоне от 1 - 2 до 4 - 5 км. При таких дальностях связи можно ожидать уменьшение времени неблагоприятных для связи погодных условий до 0.01 - 0.001 % от общего времени работы. Необходимо также отметить, что не во всех случаях неблагоприятных для связи условий происходит полная потеря связи, в ряде случаев наблюдается лишь уменьшение скорости информационного обмена за счет повторной передачи информации.
Также необходимо отметить, что применение лазерных средств для организации информационного обмена снимает один из наиболее сложных вопросов, характерных для систем связи радиодиапазона - необходимость согласования и получения разрешения на их эксплуатацию в органах Государственного контроля и надзора за электросвязью. Это обусловлено тем, что, во-первых, частота излучения лазерных систем связи выходит за пределы диапазона, в котором необходимо согласование (в России), во-вторых, из-за отсутствия практических возможностей их обнаружения и идентификации как средств информационного обмена.
20 января 1968 года телекамера лунного аппарата Surveyor 7 успешно обнаружила два аргоновых лазера из национальной обсерватории Китт-Пик в Аризоне и обсерватории Столовая гора в Райтвуде, Калифорния .
В 1992 году зонд « Галилео» доказал успешное одностороннее обнаружение лазерного излучения с Земли, так как два наземных лазера были видны с расстояния 6 миллионов км.
Первая успешная ссылка лазерной связи из космоса была проведена Японией в 1995 году между ЭТСАМИ-ВИ GEO спутником JAXA и 1,5-м НИКТАМИ ' с оптической наземной станцией в Токио (Япония) , достигая 1 Мбит / с.
В ноябре 2001 года первая в мире лазерная межспутниковая связь была установлена в космосе с помощью спутника Европейского космического агентства Artemis , обеспечивающего оптическую линию передачи данных со спутником наблюдения Земли CNES SPOT 4 . Достижение 50 Мбит / с на 40 000 км, расстояние канала LEO-GEO. С 2005 года ARTEMIS ретранслирует двусторонние оптические сигналы с KIRARI , японского инженерно-испытательного спутника оптической межспутниковой связи
В мае 2005 года лазерный альтиметр Mercury на борту космического корабля MESSENGER установил рекорд расстояния для двусторонней связи . Этот неодимовый инфракрасный лазер с диодной накачкой , разработанный как лазерный высотомер для орбитальной миссии Меркурия, смог установить связь на расстоянии 24 миллиона км (15 миллионов миль), когда аппарат приближался к Земле во время пролета. [10]
В 2006 году в Японии была осуществлена первая лазерная связь по нисходящей линии связи « НОО- Земля» со спутника JAXA OICETS LEO и наземной оптической станции NICT . [11]
В 2008 году ESA используется лазерная технология связи , разработанная для передачи 1,8 Гбит / с через 45000 км, расстояние в LEO - GEO ссылки. Такой терминал был успешно испытан во время орбитальной проверки с использованием немецкого радиолокационного спутника TerraSAR-X и американского спутника NFIRE . Два терминала лазерной связи (LCT) [12], использованные во время этих испытаний, были построены немецкой компанией Tesat-Spacecom [13] в сотрудничестве с Немецким аэрокосмическим центром (DLR). [14]
В январе 2013 года НАСА использовало лазеры для передачи изображения Моны Лизы на лунный разведывательный орбитальный аппарат на расстоянии примерно 390000 км (240 000 миль).
Первоначальные данные, полученные с оборудования Lunar Laser Communication Demonstration (LLCD) на LADEE установила рекорд пропускной способности космической связи в октябре 2013 года, когда первые испытания с использованием импульсного лазерного луча для передачи данных на расстояние 385 000 км (239 000 миль) между Луной и Землей передали данные с "рекордной загрузкой".скорость 622 мегабита в секунду ( Мбит / с ) » [17], а также продемонстрировала безошибочную скорость загрузки данных 20 Мбит / с с земной наземной станции на LADEE на лунной орбите . LLCD - первая попытка НАСА двустороннего космическая связь с использованием оптического лазера вместо радиоволн , и ожидается, что в будущем это приведет к появлению действующих лазерных систем на спутниках НАСА
В феврале 2016 года Google X объявил о достижении стабильной лазерной связи между двумя стратосферными шарами на расстоянии 100 км (62 мили) в рамках проекта Loon . Соединение было стабильным в течение многих часов днем и ночью и достигло скорости передачи данных 155 Мбит / с.
Демонстрация Laser Communications Relay (LCRD) является НАСА миссии , которая проверит лазерную связь в пространстве для очень больших расстояний.
Он интегрирован в STPSat 6 , часть STP-3 , который в настоящее время должен быть запущен в конце 2021 года на Atlas V 551.
Миссия LCRD была выбрана для разработки в 2011 году, запуск на борту коммерческого спутника запланирован на 2019 год. Полезная нагрузка для демонстрации технологии будет расположена над экватором, что является отличным местом для прямой видимости других орбитальных спутников и земли. станции. Космические лазерные коммуникационные технологии могут обеспечить от 10 до 100 раз более высокую скорость передачи данных, чем традиционные радиочастотные системы при той же массе и мощности. С другой стороны, многочисленные исследования НАСА показали, что лазерная система связи будет использовать меньшую массу и мощность, чем радиочастотная система при той же скорости передачи данных.
Миссией LCRD управляет Центр космических полетов имени Годдарда НАСА .
В мае 2018 года Главное бухгалтерское управление (GAO) сообщило, что имели место задержки, сокращение финансирования и перерасход средств, но оно должно быть готово к запуску к ноябрю 2019 года в качестве полезной нагрузки миссии космических испытаний ВВС США STP. -3 , на Atlas V 551
К апрелю 2020 года, после дальнейших задержек и перерасхода средств, ожидалось, что он будет запущен в январе 2021 года в качестве полезной нагрузки на спутнике программы космических испытаний ВВС США (STPSat 6, часть запуска STP-3). STPSat-6 предназначен для выхода на орбиту немного выше геостационарной орбиты.
Эта концепция была впервые испытана в космическом пространстве на борту орбитального аппарата Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer (LADEE) в 2013 году. Импульсная лазерная система LADEE Lunar Laser Communication Demonstration (LLCD) провела успешные испытания 18 октября 2013 года, передавая данные между космическим кораблем и его спутником. наземная станция на Земле на расстоянии 385 000 км (239 000 миль). Этот тест установил рекорд передачи данных по нисходящей линии связи в 622 мегабит в секунду от космического корабля к земле и «скорость безошибочной загрузки данных 20 Мбит / с» с наземной станции на космический корабль.
Цель демонстрационного проекта Laser Communications Relay Demonstration - доказать полезность услуг двунаправленной оптической ретрансляции связи между геосинхронной орбитой и Землей.. Проект поддерживает основные направления исследований в области усовершенствованной связи, навигации и авионики. Эти усилия подтвердят, что технология оптической связи будет работать в условиях эксплуатации, обеспечивая скорость передачи данных до 100 раз быстрее, чем современные системы связи на основе радиочастот. Демонстрация позволит измерить и охарактеризовать характеристики системы в различных условиях, разработать рабочие процедуры, оценить применимость для будущих миссий и предоставить возможность на орбите для тестирования и демонстрации стандартов оптической релейной связи. Эта возможность, если она будет успешно продемонстрирована, может быть быстро внедрена в миссии НАСА, другие федеральные агентства, а также производителей и операторов спутников США, учитывая растущий спрос на полосу пропускания. Демонстрация лазерной ретрансляции будет летать в качестве размещенной полезной нагрузки в рамках программы космических испытаний ВВС США (STPSat-6). После успешной демонстрации полета НАСА предоставит индустрии связи доступ к интегрированной системе для тестирования этих новых возможностей для коммерческих приложений.[12]
LCRD проведет как минимум двухлетнюю летную демонстрацию, чтобы продвинуть технологию оптической связи для внедрения в операционные системы, сближающиеся с Землей, при одновременном расширении возможностей отраслевых источников. Цели включают: [12]
29 ноября 2020 года Япония запустила межспутниковый спутник на геостационарной орбите с оптической ретрансляцией данных с технологией высокоскоростной лазерной связи под названием LUCAS (Laser Utilizing Communication System).
В июне 2021 года Агентство космического развития США планирует запустить два кубических спутника высотой 12U на борту космического корабля SpaceX Falcon 9 на солнечно-синхронной орбите . Ожидается, что миссия продемонстрирует лазерную связь между спутниками и дистанционно управляемым MQ-9 Reaper .
Носителем информации в лазерной системе является промодулированный лазерный пучок. Приемник и передатчик расположены на некотором удалении друг от друга. Лазерный луч распространяется в атмосфере, поэтому в процессе передачи происходит уменьшение плотности энергии сигнала. Рассеяние энергии лазерного луча происходит вследствие отличия коэффициента преломления атмосферы от единицы. На качество передачи влияют микроскопические частички пыли, присутствие в воздухе паров или капелек жидкости, вызывающих дифракцию или интерференцию сигнала. Чем меньше таких препятствий, тем, разумеется, выше и качество связи. Колебания температуры или выпадение осадков (дождь, снег) приводят к изменению плотности атмосферы, а следовательно, к рассеянию волны. Не исключена возможность и непосредственной интерференции солнечных лучей с лазерным лучом прямо в приемопередатчике.
При кратковременном попадании каких-либо крупных предметов в область прохождения луча (птиц или листвы) передача автоматически повторяется, и информация не теряется. Следует отметить, что птицы видят луч лазера и уклоняются от него, но, даже попадая в область прохождения луча, они ни коим образом не страдают: мощность излучения коммерческих лазеров слишком мала и поэтому абсолютно безвредна (исключение составляют только военные лазеры).
Внешние факторы способны также влиять и на само устройство (порою это может повредить лазер). Поэтому разработчикам лазерных систем приходится создавать такую конструкцию, которая позволила бы компенсировать интерференцию или дифракцию сигнала в окружающей среде и сдвиг зданий относительно друг друга (что особенно важно для высотных зданий, амплитуда колебаний которых достигает временами нескольких метров). Каждое устройство помещается внутри алюминиевого корпуса, стойкого к воздействиям окружающей среды. Защитный корпус лазера должен обеспечивать надежную работу устройства в любую погоду, поэтому лазерные устройства испытываются на стойкость к коррозии и прочность в условиях высокой влажности, в условиях воздействия низких и высоких температур и т.п.
Большинство лазерных систем работают в дождь со скоростью выпадения осадков до 8 см в час и в снегопад - до 5 см в час, и практически в условиях сплошного тумана.
Лазерная связь обеспечивает высокий уровень защиты информации от несанкционированного считывания в то время, как передача по радио может быть перехвачена и записана даже на большом удалении от оборудования передачи. Для обеспечения информационнрй безопасности была предложена связь с использованием лазерного интерферометра с N-щелью, в котором лазерный сигнал принимает форму интерферометрической картины, и любая попытка перехватить сигнал вызывает коллапс интерферометрической картины. [65] [66] Этот метод использует совокупности неотличимых фотонов [65] и, как было продемонстрировано, работает на расстояниях распространения, представляющих практический интерес [67], и, в принципе, его можно применять на больших расстояниях в космосе.т
Предполагая , доступные лазерные технологии, и принимая во внимание расхождение интерференционных сигналов, диапазон для спутниковых -в-спутниковой связи была оценена приблизительно в 2000 км. [68] Эти оценки применимы к группе спутников, вращающихся вокруг Земли. Для космических аппаратов или космических станций дальность связи увеличится до 10 000 км. [68] Этот подход к безопасной связи космос-космос был выбран Laser Focus World в качестве одного из главных достижений в области фотоники 2015 года
В отличие от систем, использующих радио, для использования лазерной связи лицензия не требуется, стоимость же оборудования примерно одна и та же. Плюс к этому производители лазерных систем связи имеют хороший технологический потенциал для снижения цен в ближайшем будущем.
Таким образом, лазерная связь может быть использована на Земле для:
В космосе для
Исследование, описанное в статье про космическая связь, подчеркивает ее значимость в современном мире. Надеюсь, что теперь ты понял что такое космическая связь, лазерная связь, lcrd и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то не стесняйся, пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории Устройства приема и обработки радиосигналов, Передача, прием и обработка сигналов
Обычно аппаратура лазерных линий связи включает лазерный передатчик (излучатель) и фотоприемное устройство, объединенные единой системой управления и каналообразующей аппаратурой (рис.1).
Рис.1. Аппаратура лазерных линий связи
Приемные и передающие устройства обычно оснащаются оптическими системами, предназначенными для формирования диаграмм направленности. Изменяя положение излучателя и фоточувствительного элемента относительно точки фокуса оптических систем, можно в широких пределах изменять ширину диаграмм направленности от долей угловых минут до нескольких десятков градусов. Сложность конструкции оптической системы определяется прежде всего требованиями к диаграмме направленности. Так, например, при ширине диаграммы до 10 - 15 угловых минут может быть использована простейшая однолинзовая оптическая система, а для обеспечения угловой расходимости 0.1 - 0.3 угловых минуты требуется сложная многоэлементная зеркально-линзовая система. Естественно, кроме технических требований на тип используемой в каждом конкретном случае оптической системы оказывает влияние и ограничение по стоимости. В подавляющем большинстве случаев это ограничение служит причиной проведения комплекса работ по оптимизации всей лазерной системы.
Одной из основных проблем при разработке и эксплуатации лазерных систем различного назначения является обоснование и выбор типа линейного кода, который оптимальным образом соответствовал бы конкретным условиям применения данной системы. Так, например, если дальность связи не превышает 2 – 3 км или угол расходимости лазерного излучения не превышает нескольких угловых минут, то использование любых типов сигналов с непрерывной (аналоговой) амплитудной модуляцией не представляется целесообразным из-за высокого уровня паразитной модуляции (глубина которой может достигать 80 – 90 %) оптического излучения за счет турбулентности атмосферы. Как показал цикл исследований проводимых в Москве, Воронеже, Новосибирске с конца 60-х годов, наиболее рациональным решением указанной проблемы, в том числе, и с точки зрения технической реализации, является использование при кодировании передаваемых сигналов методов импульсной модуляции. В основу этих методов положен принцип ограничения средней мощности, заключающийся в инвариантности средней излучаемой полупроводниковым лазером мощности относительно произведения пиковой мощности, длительности и частоты повторения импульсов. Это позволяет в определенных пределах за счет варьирования этими параметрами, в частности, уменьшения длительности оптического импульса, наряду с облегчением режима работы лазера, повышением его полного КПД и значительным увеличением срока его службы, повысить защищенность канала от несанкционированного доступа, указанных выше естественных и организованных помех. Так, например, кодирование информации оптическими импульсами длительностью не более 10 нс обеспечивает практически полное устранение помех за счет турбулентности атмосферы (частотный диапазон которых не превышает 300 – 1000 Гц) и снизить на 40 – 80 дБ влияние фоновых (солнечных) активных помех. Технически это обеспечивается соответствующими частотными и импульсными селекторами в приемной и каналообразующей аппаратуре. Кроме того, использование коротких импульсов на основе эффекта обращения волнового фронта позволяет обнаруживать попытки несанкционированного доступа в канал и определять дальность до точки расположения системы перехвата в основной диаграмме направленности излучателя. Необходимо однако отметить, что, как показывают проведенные исследования, вероятность такого события чрезвычайно мала и такие дорогостоящие доработки обычно заказывают для систем, требующих повышенной, практически абсолютной, защищенности от несанкционированного доступа. Наряду с указанными элементами в состав лазерной аппаратуры может входить ряд других сервисных устройств, состав которых определяется конкретным типом решаемой задачи (устройство технического засекречивания передаваемой информации, датчики сигнализации попыток вскрытия аппаратуры и аналогичные устройства).
Условно области применения разрабатываемых и выпускаемых лазерных систем можно разделить на пять взаимосвязанных техническими средствами групп:
передача информации в системах телекоммуникации, телефонные удлинители, вставки, передача телевизионных изображений и решение аналогичных задач;
скрытная передача информации в системах специальной связи типа «точка – точка» между подвижными или стационарными абонентами;
анализ характеристик передаâàемого оптического сигнала для обнаружения и идентификации объектов находящихся в поле зрения в системах охранной сигнализации активного типа;
дистанционное измерение микродеформаций с диэлектрических поверхностей в системах негласного съема информации;
защита от оптических систем наблюдения и систем негласного съема информации.
При этом необходимо отметить, что независимо от области применения лазерная аппаратура связи строится на основе рассмотренных выше принципов, а область применения накладывает ограничения на массу, габариты и энергопотребление, а также возможные способы организации канала связи.
Передача информации в системах общего пользования.
При использовании лазерных систем в этом случае часто в качестве одного из их достоинств отмечают малое время развертывания и возможность одновременной параллельной работы нескольких линий связи (рис.2).
Рис.2. Работа лазерных линий связи
Это позволяет, наряду с применением этих линий в системах общего пользования таких как связь между мини АТС, компьютерами, факсами и другой аналогичной аппаратурой, использовать эти линии для организации выделенных каналов связи.
Например, в Нью-Йорке такая аппаратура обеспечивает связь между зданием Всемирного торгового центра со станциями спутниковой телефонной связи, в центральной научно-исследовательской лаборатории фирмы Hitachi такие линии обеспечивают связь между компьютерами в разных зданиях. Перегруженность радиодиапазона и необходимость защиты передаваемой с выносных телевизионных камер информации обусловили разработку и внедрение лазерных линий LBU-2000, разработанных фирмой Sony и реализующих концепцию выделенного изолированного канала в системах передачи телевизионного изображения. Основные характеристики этой линии и других лазерных систем общего пользования приведены в табл.1.
Как показала практика применения этих линий их использование позволило практически полностью исключить дополнительные меры по защите информации и снизить расходы, связан-ные с обеспечением информационной безопасности примерно в 2 - 3 раза. При этом отмечается одновременное повышение качества передаваемого сигнала и надежности линии.
+Одним из основных факторов определяющих защищенность канала от несанкционированно-го доступа является зона уверенной фиксации сигнала. Приближенно она определяется диаграм-мой направленности передающего устройства и чувствительностью аппаратуры, используемой для перехвата. Типовые значения такой зоны составляют, например, для отечественной лазерной ли-нии Л0115 около 100 м при дальности связи 10 км, а на расстоянии 4 - 5 км эта зона уменьшается до 30 - 40 м. При этом практических возможностей для размещения аппаратуры перехвата переда-ваемого сигнала или передачи помехи, как правило, не имеется.
Таблица 1.
Типовые представители лазерных систем связи.