凌云

摘 要：日盲紫外光通信是當(dāng)今的一種新興的先進通信技術(shù)，相比較普通的通信系統(tǒng)來看，日盲紫外光通信系統(tǒng)的主要優(yōu)勢是通信非視距離、全方位、低竊聽和高靈活性等，可有效滿足飛機、軍艦等的保密通信需求。隨著該通信系統(tǒng)在軍事領(lǐng)域中的應(yīng)用和發(fā)展，其信號檢測技術(shù)也開始越來越受到人們的重視?；诖?，文章便對其信號檢測技術(shù)進行分析，以此來促進該系統(tǒng)的良好應(yīng)用與發(fā)展。

關(guān)鍵詞：日盲紫外光;通信系統(tǒng);信號檢測技術(shù)

0?引言

因為紫外線的主要傳播方式是散射，且其傳播的途徑也非常有限，故其應(yīng)用難度也比較大，但是因為日盲紫外光通信系統(tǒng)具有良好的繞過障礙物能力，所以該通信系統(tǒng)在近距離的通信環(huán)境中十分適用，且具備良好的抗干擾性能。具體應(yīng)用中，借助于有效的信號檢測技術(shù)，可以對信號進行預(yù)處理、鑒別以及解調(diào)操作，這樣便可實現(xiàn)其通信距離的進一步提升，發(fā)揮出更加充分的技術(shù)優(yōu)勢。

1?紫外光主要傳輸特征分析

第一，因為200 nm以內(nèi)的紫外光會被氧氣全部吸收，所以此類紫外光達不到地球表面。第二，因為250 nm以內(nèi)的紫外光會在臭氧層的強烈吸引下出現(xiàn)大幅度衰減情況，所以這種紫外光幾乎不能夠在地球表面上檢測到，這也就是我們所說的日盲紫外光。第三，因為300 nm以內(nèi)的紫外光具有十分有限的穿透能力，所以并不適合在長距離通信中用作載體，但是在局部的無線通信中十分適用。第四，300～400 nm的近紫外光穿過大氣層的數(shù)量很多，因為其傳播中的散射作用十分強烈，所以在整個的地球表面將達到均勻分布效果[1]。

2?日盲紫外光通信系統(tǒng)信號檢測技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀分析

在日盲紫外光通信系統(tǒng)的應(yīng)用過程中，因為紫外光十分微弱，所以為有效檢測到紫外光，需要將紫外光探測器用作通信接收機中的一項重要組成器件。該探測器的主要功能是對日盲紫外光信號進行采集，并將其轉(zhuǎn)化成電信號形式。在日盲紫外光通信系統(tǒng)的信號檢測過程中，理想的紫外光探測器需要具備足夠高的探測面積、足夠高的透過率、足夠?qū)挼膸捯约白銐虻偷娜彰すδ芎桶惦娏髅芏取６彰み@一功能的主要要求則是探測器光陰極對于300 nm以上波長的光譜不敏感。

就目前來看，紫外探測器大多是對紫外輻射足夠敏感的光電倍增管和以內(nèi)光電效應(yīng)為基礎(chǔ)的半導(dǎo)體探測器。地域紫外光散射通信，其光電探測器應(yīng)該選擇具備日盲這一功能的紫外光電倍增管。通過分離光子所產(chǎn)生的電脈沖分析來測量其光量。在光電倍增管中，增益因子的二次發(fā)射量可以達到107，這些增益因子對于單個光子能量都有著十分靈敏的反應(yīng)，速度極高，可通過電子計數(shù)法對入射光子數(shù)量進行有效檢測。這樣的方式可以讓光強極弱、通量極小的光被檢測到[2]。隨著日盲紫外光檢測技術(shù)的不斷發(fā)展，該探測器在微弱的紫外光檢測以及快速脈沖弱光信號的檢測中都得到了廣泛應(yīng)用，且發(fā)揮出的作用也十分顯著。

3?日盲紫外光通信系統(tǒng)的信號檢測技術(shù)分析

3.1? 日盲紫外光通信系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)分析

相比較直視空間中其他形式的光通信系統(tǒng)而言，日盲紫外光通信系統(tǒng)為散射通信。因此，該系統(tǒng)就和其他光通信系統(tǒng)存在很大的不同。首先，日盲紫外光信號具有散射特征，所以其接收裝置所接收到的日盲紫外光信號來源方向并不固定，具有全向性。其次，從散射光源發(fā)射器中所發(fā)射出的紫外光具有日盲波長，由于此類紫外光受臭氧層的吸收十分強烈，該普段對于對流層中的太陽背景噪聲在10～13 W/m2以內(nèi)，比可見光以及近紫外光低很多?；诖耍撓到y(tǒng)主要借助于日盲紫外光接收機對日盲紫外光進行接收，以此來獲得具有較高信噪比的日盲紫外光信號。

3.2? 模擬信號解調(diào)分析

在日盲紫外光通信系統(tǒng)信號檢測技術(shù)的具體應(yīng)用中，如果紫外光源屬于低壓汞燈，因其有著非常大的發(fā)光功率，使其被檢測到的紫外光也比較強，每秒鐘所包含的發(fā)射光子也有很多個。而這樣的情況也就充分顯示出了紫外光的連續(xù)性特征，可借助于合理的光電探測器，檢測到具有連續(xù)性的日盲紫外光。事實證明，在應(yīng)用了合理的光電探測器之后，檢測到的日盲紫外光具有良好的連續(xù)性，且這種連續(xù)性的日盲紫外光可以通過探測器上連接的直流電表直接進行測量。通常情況下，日盲紫外光測量都屬于模擬量測量情況，在很多個光子共同入射進PMT光電倍增管的陰極之后，在其陰極中也會同時有很多的光電子釋放出來。在此過程中，PMT光電倍增管所輸出的信號并不屬于離散性的脈沖信號，而是電流或者是電壓形式的模擬量信號[3]。在通過該方法進行日盲紫外光信號的檢測過程中，可通過鎖相環(huán)技術(shù)以及取樣積分技術(shù)將信號從噪聲里提取出來。其主要解調(diào)流程為：①光電轉(zhuǎn)換和放大處理;②濾波處理;③放大整形處理;④通過鎖相環(huán)進行頻段鑒別;⑤通過輸出接口進行處理。

3.3? 光子計數(shù)器解調(diào)分析

在光非常微弱的情況下，光信號所表現(xiàn)出的光量子性就會十分顯著，在光電倍增管中，入射進來的光是一個個并不具備連續(xù)性的光子，所以光電倍增管所輸出的也是一個個離散形式的脈沖電信號。在這樣的條件下，取樣積分技術(shù)以及鎖相環(huán)技術(shù)都將無法正常應(yīng)用。在這樣的情況下，光子計數(shù)技術(shù)便可以克服以上的各種困難，對光信號實現(xiàn)有效的解調(diào)處理，以此來實現(xiàn)信號的準(zhǔn)確檢測和獲取。光子計數(shù)技術(shù)所應(yīng)用的是超微弱光所具備的量子性，可作為日盲紫外光通信系統(tǒng)中的信號檢測工具，以此來保障系統(tǒng)的信號檢測效果，提升系統(tǒng)的應(yīng)用性能。該技術(shù)的主要應(yīng)用原理是對單個光子從光電倍增管內(nèi)所激發(fā)出的光電子脈沖進行分辨，并通過數(shù)字化技術(shù)在噪聲中對光信號進行提取。該技術(shù)對日盲紫外光的探測靈敏度極高，分辨率極高，且在長時間內(nèi)具備良好的穩(wěn)定性。但是，該技術(shù)僅僅可以對日盲紫外光形式的微弱光以及超微弱光進行功率測量，并不能對有著多個光子的光脈沖進行功率測量。

具體解調(diào)過程中，因為日盲紫外光的光源不同，所以可通過不同的方式來進行光信號的解調(diào)處理，以此來達到良好的信息檢測效果。如果日盲紫外光的光源是紫外LED，因為當(dāng)今的紫外光器件方面原因，通常情況下，日盲紫外光LED都是毫瓦級別，其中發(fā)出的日盲紫外光也十分微弱。在對此類紫外光信號進行檢測的過程中，技術(shù)人員可借助于光電倍增管中的光子計數(shù)器模式來進行檢測，以此來實現(xiàn)日盲紫外光信號的有效解調(diào)處理，其解調(diào)流程如下：? ? ①通過光電倍增管進行日盲紫外光的接收和放大處理;? ②通過甄別放大器進行信息的甄別與放大處理;③快速脈沖整形處理;④通過積分電路進行處理;⑤通過軟件計數(shù)等的處理器進行處理。

將LED作為日盲紫外光通信系統(tǒng)的信號檢測光源，因為其功率比較小，所以其傳輸距離受到了一定程度的限制。在該系統(tǒng)中，主要借助于軟件計數(shù)的方法來進行日盲紫外光信號的解調(diào)處理，這種解調(diào)方法和鑒幅方法類似。但是該方法僅僅適用于近距離的日盲紫外光信號檢測，如果距離較遠，在紫外光的折射、反射以及散射等的干擾條件下，將會對信號解調(diào)造成很大程度的不利影響，導(dǎo)致誤碼率上升，距離越遠，解調(diào)誤差也就越大。

如果將低壓汞燈作為日盲紫外光通信系統(tǒng)的信號檢測光源，因低壓汞燈有著比較高的功率，所以其調(diào)制的線性度會比LED差一些[4]。在這樣的情況下，空間日盲紫外光調(diào)制信號在通過視野采集器、光電倍增管以及濾光片等設(shè)備和器件接收并轉(zhuǎn)換成了電信號之后，因光電倍增管的光電轉(zhuǎn)換率非常高，所以其輸出端將會獲得驅(qū)動形式的低壓汞燈發(fā)光時形成的瞬態(tài)電流波形信號，這個信號的主要組成部分是調(diào)制端的數(shù)字信息，借助于鎖相環(huán)解調(diào)法可以使其還原。在通過該方法進行日盲紫外光信號的解調(diào)過程中，如果低壓汞燈工作頻率發(fā)生變化，發(fā)光強度便會隨之變化，但是這種情況只有在調(diào)光輸入端出現(xiàn)較低頻率數(shù)字調(diào)制信號的情況下才較為顯著，如果將其頻率提高，這種情況也不再顯著，所以在具體應(yīng)用中，接收器應(yīng)用的是鑒頻接收器，而不是鑒幅接收器。

4 結(jié)語

綜上所述，在日盲紫外光通信系統(tǒng)的應(yīng)用過程中，其信號檢測技術(shù)依然處在發(fā)展階段，但是借助于LED或者是汞燈等的這些信號檢測光源，也可以進行信號檢測研究原型的初步搭建，讓日盲紫外光信號得到有效的解調(diào)處理，以此來達到良好的信號檢測效果。相信隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，將會有越來越多的日盲紫外光通信系統(tǒng)信號檢測技術(shù)出現(xiàn)，為該系統(tǒng)的應(yīng)用和發(fā)展提供足具科學(xué)性的技術(shù)支撐。

[參考文獻]

[1]趙太飛，李永明，許杉，等.軍車隱秘編隊的無線紫外光通信最優(yōu)多跳中繼研究[J].電子與信息學(xué)報，2020（11）：2636-2642.

[2]劉龍飛.無線紫外光散射通信中碼間干擾抑制方法研究[D].西安：西安理工大學(xué)，2019.

[3]孟令超.LDPC碼在紫外光通信中的應(yīng)用研究[D].北京：北京郵電大學(xué)，2019.

[4]秦恒.紫外光MIMO通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[D].北京：北京郵電大學(xué)，2018.

（編輯 王永超）