紫外无线光通信系统研究发展史及发展趋势
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
２００３年以来，紫外光通信技术的关键技术逐步 应用于军事传感器网络领域，一方面丰富了传感器 网络的传输手段，另一方面传感器网络的发展也为 紫外光通信技术发展带来更为广阔的空间和平台。
麻省理工大学在 ２００５年制作了一套紫外光通 信试验样机，实现隐蔽通信，当舰队或前沿阵地必须 保持无线电静默或在秘密行动过程中，若用常规无 线电通信，难以防止不被敌方发现时，可用紫外光通 信系统来提供分队或阵地之间的近距离通信［２］。
１ 紫外光通信技术国内外研究进展
不同于可见无线光通信，紫外通信受到关键器 件的限制，目前依然是一种新兴的光通信技术，因为 其通信机理还是初始阶段尚未成熟，各国的探索目 前均处于理论探索和实验模拟阶段。
近十几年来，由于紫外光通信技术独特的技术
收稿日期：２０１８－１２－１０ 作者简介：孟庆浩（１９９５－），男，河南省辉县人，本科生，研究方向为光学通信。
第 ２１卷 第 ２期
黄河科技学院学报
２０１９年
３月
Ｖｏｌ．２１ Ｎｏ．２
ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＨＵＡＮＧＨＥＳ＆ＴＣＯＬＬＥＧＥ
Ｍａｒ．２０１９
紫外无线光通信系统研究发展史及发展趋势
孟庆浩，胡燎原，庞琨朋，肖 啸来自百度文库
（黄河科技学院 信息工程学院，河南 郑州 ４５００６３）
摘要：紫外光是一种新兴的通信系统，由于其可以实现非视距、短距离的抗干扰、截获能力强等 特点，目前主要应用于军事领域中，是满足战术通信要求的理想手段。对于紫外光通信系统的研究 还处于初级阶段。目前国内对于这一方面研究不多，还没有成型的系统，特别需要进一步研究和发 展，介绍国内外对于紫外光通信系统的发展研究史、发展现状以及发展趋势。
孟庆浩，等：紫外无线光通信系统研究发展史及发展趋势
和广泛的应用，使得国内各个科研机构对紫外光通 信技术的研究越来越激烈，使 ＶＬＣ、ＵＶＣ等方向受 到了广泛关注，从而使相应的配套研究经费投入比 例逐年增多，但是相应理论和技术仍然有很多亟待 解决的问题，这些问题的存在在一定程度上阻碍了 紫外光通信技术的发展，所以紫外光通信技术仍然 属于一个新兴的探究领域，下面就紫外无线通信的 研究进展作详细介绍。 １．１ 国外发展现状
ＵＶＬＥＤ紫外光通信主要是以大气散射和吸收为 基础，利用中紫外波段的紫外光进行的通信，是常规 通信的一种重要补充。与常规通信方式相比，紫外光 通信有其独有的优点：（１）系统抗干扰能力强。（２） 全天候工作。该系统工作在日盲区（２００～３００ｎｍ）， 而地表在这个波段辐射很少，可以全天候工作。由 于大气中存在大量的粒子，紫外辐射在传输过程中 存在较大的散射现象，这种散射特性使紫外光通行 系统能以非视距方式（Ｎｏｎ－Ｌｉｎｅｏｆｓｉｇｈｔ，ＮＬＯＳ）传 输信号。
关键词：紫外光通信；ＵＶＣ；关键技术；光电通信；非视距通信；保密通信；新兴通信 中图分类号：ＴＰ２ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００８－５４２４（２０１９）０２－００９０－０４ ＤＯＩ：１０．１９５７６／ｊ．ｉｓｓｎ．１００８－５４２４．２０１９．０２．０２０
０ 引言
常见的紫外辐射来自太阳的辐射，紫外光线有 长波紫外线（ＵＶＡ）、中波紫外线（ＵＶＢ）和短波紫外 线（ＵＶＣ），波长分别为 ３２０～４００ｎｍ、２８０～３２０ｎｍ、 ２００～２８０ｎｍ。其中短波紫外线只有少量能到达地 面（没有自 然 干 扰 源 ），因 为 大 气 臭 氧 层 的 作 用，使 短波紫外线被吸收。目前我们的通信方式大部分都 是有线和无线，最常用的就是无线通信。无线信道 利用电磁波在空间中的传播来传输信号，而有线信 道主要是利用人造电导的传导电或光信号的媒体来 传输信号的。无线电位置非常容易被侦测到，进而 被实施干扰，此类通信方式保密性与抗毁性不足，在 大气传输过程中会逐渐衰减，具有良好的保密性和 抗干扰性，传输距离在几 ｋｍ以内。该系统工作在 日盲区（２００～３００ｎｍ），而 地 表 在 这 个 波 段 辐 射 很 少，可以全天候工作。
用滤波的方式去除这些背景信号。具全方位全天候 性，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，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。它灵活机动，可靠性高。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。紫外光 通信 将 来 可 运 用 于 军 事 作 战、紧 急 抢 险、灾 难 救 助等。
２０００年，美国 ＧＴＥ公司为美军研制了一种新型 隐蔽式紫外光通信系统，传输速率能达到４８００ｂｉｔ／ｓ。 此通信系统的非视距传输距离为 １～３ｋｍ，如果采用 聚光方式，定向视距通信距离可达 ５～１０ｋｍ。该系统 不易被探测和接受，适用于多种近距离抗干扰通信环 境，尤其是在行动和低裂度冲突方面应用广泛［１］。
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，因而很难从散射的信号判断出紫外光源 的位置。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，非通信区域的辐 射功率减至最小，使敌方难以截获。环境适应性强， 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
早在 １９３９年，美国就着手研究海军通信用的紫 外光源、探测器和滤光片的技术及性能，但是当时无 法克服多方面的技术难题，只是提出了紫外光概念， 并未开展实际的研究工作。
直到 ２０世纪 ６０年代的中后期，美国军方因为 现代战争作战的实际要求，对近距离通信产生极大 的兴趣。到了 ２０世纪 ７０年代中后期，ＷａｒｅｎＳＲｏｓｓ 等人开始研究紫外辐射在大气中的传输特性，以及 散射大气通信的可行性并对具体的技术细节方面进 行了理论探讨和试验研究。
２００６年 Ｂｅｎ － ＧｕｒｉｏｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ探讨了紫外光 通信系统组网方案，包括无线传感器网络和自组织 网络，同时对紫外链路模型进行了研究，并分析了不 同接收信噪比下的网络节点数量。
麻省理工大学在 ２００５年制作了一套紫外光通 信试验样机，实现隐蔽通信，当舰队或前沿阵地必须 保持无线电静默或在秘密行动过程中，若用常规无 线电通信，难以防止不被敌方发现时，可用紫外光通 信系统来提供分队或阵地之间的近距离通信［２］。
１ 紫外光通信技术国内外研究进展
不同于可见无线光通信，紫外通信受到关键器 件的限制，目前依然是一种新兴的光通信技术，因为 其通信机理还是初始阶段尚未成熟，各国的探索目 前均处于理论探索和实验模拟阶段。
近十几年来，由于紫外光通信技术独特的技术
收稿日期：２０１８－１２－１０ 作者简介：孟庆浩（１９９５－），男，河南省辉县人，本科生，研究方向为光学通信。
第 ２１卷 第 ２期
黄河科技学院学报
２０１９年
３月
Ｖｏｌ．２１ Ｎｏ．２
ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＨＵＡＮＧＨＥＳ＆ＴＣＯＬＬＥＧＥ
Ｍａｒ．２０１９
紫外无线光通信系统研究发展史及发展趋势
孟庆浩，胡燎原，庞琨朋，肖 啸来自百度文库
（黄河科技学院 信息工程学院，河南 郑州 ４５００６３）
摘要：紫外光是一种新兴的通信系统，由于其可以实现非视距、短距离的抗干扰、截获能力强等 特点，目前主要应用于军事领域中，是满足战术通信要求的理想手段。对于紫外光通信系统的研究 还处于初级阶段。目前国内对于这一方面研究不多，还没有成型的系统，特别需要进一步研究和发 展，介绍国内外对于紫外光通信系统的发展研究史、发展现状以及发展趋势。
孟庆浩，等：紫外无线光通信系统研究发展史及发展趋势
和广泛的应用，使得国内各个科研机构对紫外光通 信技术的研究越来越激烈，使 ＶＬＣ、ＵＶＣ等方向受 到了广泛关注，从而使相应的配套研究经费投入比 例逐年增多，但是相应理论和技术仍然有很多亟待 解决的问题，这些问题的存在在一定程度上阻碍了 紫外光通信技术的发展，所以紫外光通信技术仍然 属于一个新兴的探究领域，下面就紫外无线通信的 研究进展作详细介绍。 １．１ 国外发展现状
ＵＶＬＥＤ紫外光通信主要是以大气散射和吸收为 基础，利用中紫外波段的紫外光进行的通信，是常规 通信的一种重要补充。与常规通信方式相比，紫外光 通信有其独有的优点：（１）系统抗干扰能力强。（２） 全天候工作。该系统工作在日盲区（２００～３００ｎｍ）， 而地表在这个波段辐射很少，可以全天候工作。由 于大气中存在大量的粒子，紫外辐射在传输过程中 存在较大的散射现象，这种散射特性使紫外光通行 系统能以非视距方式（Ｎｏｎ－Ｌｉｎｅｏｆｓｉｇｈｔ，ＮＬＯＳ）传 输信号。
关键词：紫外光通信；ＵＶＣ；关键技术；光电通信；非视距通信；保密通信；新兴通信 中图分类号：ＴＰ２ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００８－５４２４（２０１９）０２－００９０－０４ ＤＯＩ：１０．１９５７６／ｊ．ｉｓｓｎ．１００８－５４２４．２０１９．０２．０２０
０ 引言
常见的紫外辐射来自太阳的辐射，紫外光线有 长波紫外线（ＵＶＡ）、中波紫外线（ＵＶＢ）和短波紫外 线（ＵＶＣ），波长分别为 ３２０～４００ｎｍ、２８０～３２０ｎｍ、 ２００～２８０ｎｍ。其中短波紫外线只有少量能到达地 面（没有自 然 干 扰 源 ），因 为 大 气 臭 氧 层 的 作 用，使 短波紫外线被吸收。目前我们的通信方式大部分都 是有线和无线，最常用的就是无线通信。无线信道 利用电磁波在空间中的传播来传输信号，而有线信 道主要是利用人造电导的传导电或光信号的媒体来 传输信号的。无线电位置非常容易被侦测到，进而 被实施干扰，此类通信方式保密性与抗毁性不足，在 大气传输过程中会逐渐衰减，具有良好的保密性和 抗干扰性，传输距离在几 ｋｍ以内。该系统工作在 日盲区（２００～３００ｎｍ），而 地 表 在 这 个 波 段 辐 射 很 少，可以全天候工作。
用滤波的方式去除这些背景信号。具全方位全天候 性，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，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。它灵活机动，可靠性高。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。紫外光 通信 将 来 可 运 用 于 军 事 作 战、紧 急 抢 险、灾 难 救 助等。
２０００年，美国 ＧＴＥ公司为美军研制了一种新型 隐蔽式紫外光通信系统，传输速率能达到４８００ｂｉｔ／ｓ。 此通信系统的非视距传输距离为 １～３ｋｍ，如果采用 聚光方式，定向视距通信距离可达 ５～１０ｋｍ。该系统 不易被探测和接受，适用于多种近距离抗干扰通信环 境，尤其是在行动和低裂度冲突方面应用广泛［１］。
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，因而很难从散射的信号判断出紫外光源 的位置。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，非通信区域的辐 射功率减至最小，使敌方难以截获。环境适应性强， 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
早在 １９３９年，美国就着手研究海军通信用的紫 外光源、探测器和滤光片的技术及性能，但是当时无 法克服多方面的技术难题，只是提出了紫外光概念， 并未开展实际的研究工作。
直到 ２０世纪 ６０年代的中后期，美国军方因为 现代战争作战的实际要求，对近距离通信产生极大 的兴趣。到了 ２０世纪 ７０年代中后期，ＷａｒｅｎＳＲｏｓｓ 等人开始研究紫外辐射在大气中的传输特性，以及 散射大气通信的可行性并对具体的技术细节方面进 行了理论探讨和试验研究。
２００６年 Ｂｅｎ － ＧｕｒｉｏｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ探讨了紫外光 通信系统组网方案，包括无线传感器网络和自组织 网络，同时对紫外链路模型进行了研究，并分析了不 同接收信噪比下的网络节点数量。