[發明專利]激光-X射線聯袂通信系統及方法

有效

• 申請號: 201710656904.3
• 申請日: 2017-08-03
• 公開（公告）號: CN107241142B
• 公開（公告）日: 2019-06-07
• 發明（設計）人: 歐陽曉平;劉軍
• 申請（專利權）人: 西北核技術研究所
• 主分類號: H04B10/50
• 分類號: H04B10/50;H04B10/90;H04B10/118
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 楊引雪

本發明提供了一種激光?X射線聯袂通信系統，包括沿信號傳輸方向依次設置的數字信號發射源、信號調制器、第一半導體激光器、轉換裝置、光電探測器和信號解調器；本發明采用激光→X射線→激光相互轉換的技術思路，結合X射線通信和激光通信方式的各自優勢，由X射線通信彌補激光通信保密性差、穿透能力不足等問題，進一步拓展了激光通信和X射線通信技術的應用范圍，且利用激光和X射線各自的特點可以根據通信鏈路環境靈活組網，較現有X射線通信和激光通信應用范圍更廣，且很容易實施。

技術領域

本發明屬于信息通信技術領域，具體涉及一種基于光陰極的高重頻X射線源與激光器的聯合通信技術，該通信系統可以實現>100MHz的傳輸帶寬，主要應用于激光通信方式或X射線通信方式各自無法獨立實現的通信鏈路中，如電磁屏蔽的密閉空間、真空環境等傳統通信方式難以實現的復雜環境中，也可用于空間通信鏈路與星地通信鏈路中。

背景技術

通信技術是實現信息傳輸與交互的重要手段，應用中主要分為有線通信技術和無線通信技術。目前有線通信主要以光纖為傳輸介質的光通信技術最為常見，無線通信主要以微波通信技術和激光通信技術為主，技術成熟度都比較高。

微波通信技術是指利用頻率為0.3-300GHz范圍內的電磁波進行通信，主要有移動通信、中繼通信、空間光通信等。空間光通信是指利用激光作為信息的載體，通過光纖或者在自由空間進行遠距離通信，其中空間光通信主要用在衛星與衛星或者衛星與地面站之間通信。

與微波通信技術相比，激光通信技術的主要優勢在于：頻帶寬，傳輸速率高，若采取點到點的組網方式，傳輸速率可達155Mbit/s-10Gbit/s(地面光纖通信帶寬可達1Gbit/s)，信息容量大，使傳輸數據更加豐富；發射光束窄，方向性好，能量密度大；抗電磁干擾強，保密性好，誤碼率低；天線尺寸小，功耗低，集成度高等諸多優點。

然而激光通信技術仍然存在很多難以克服的缺陷：星地激光通信鏈路中激光傳輸將通過大氣層，湍流效應會引起激光光場振幅和相位的波動，導致系統誤碼率增大；在空間通信鏈路當中，空間背景光對系統影響嚴重，會導致空間光通信接收端噪聲增大，誤碼率增大；遠距離傳輸衰減嚴重，盡管光通信具有發射光束窄、能量密度高等特點，但在遠距離傳輸條件下，由于光束發散而接收角有限，導致能量損失嚴重。因為衛星通信鏈路與地面通信鏈路最主要的區別在于衛星鏈路的傳輸距離很長，輻射信號的強度與信號傳輸距離的平方成反比，所以衛星信號在空間長距離傳輸之后強度衰減十分嚴重，另外，激光通信需要復雜的光學系統，受空間惡劣環境影響其壽命有限及抗干擾能力較差。因此，發展傳輸距離更長、功耗更小、抗干擾能力更強、性能更優的新型空間通信技術迫在眉睫。

X射線由于波長短，穿透能力強，美國Henke博士研究發現當X射線光子能量大于10keV時，在太空中幾乎是無衰減的傳輸，因此可望在較小的體積、重量、功耗下實現遠距離傳輸。美國航空航天局于2007年首先提出了利用X射線實現空間衛星飛行器點對點的通信概念(Keith Gendreau,First X-ray communication system demonstrated[J].GoddardTec Trends,2007,3(4):3-4)，由于X射線光子頻率很高(>10¹⁷Hz)，因此X射線通信的帶寬比微波通信更大，良好的穿透能力使其通信系統具有比傳統通信方式更高的保密性和抗干擾能力。美國航天局已經將X射線通信衛星發射列入2018年發射計劃，國內主要以中國科學院西安光學精密機械研究所趙寶升等人為代表，提出了一種基于柵極控制脈沖X射線源的空間X射線通信系統，僅在實驗上證明了10kHz的調制頻率。然而，X射線通信雖然具有穿透能力強、保密性好等優點，但在地面等非真空環境中衰減非常厲害，因此只能應用在某些特殊的區域。另外，如何克服X射線源的更高頻率調制是現有技術無法解決的難題。

發明內容