Лекция 25

12.3. Лазерная связь (окончание)

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.