第3卷 第4期 光 学 与 光 电 技 术V ol. 3, No. 4 2005年8月OPTICS & OPTOELECTRONIC TECHNOLOGYAugust, 2005收稿日期 2004-11-30； 修改稿日期 2005-01-27 作者简介 李霁野（1954-），男，高级工程师，主要研究方向为数据通信、野战程控交换机。
E-mail: li_cssar@ 文章编号 1672-3392(2005)04-0019-03紫外光通信在军事通信系统中的应用李霁野 邱柯妮（中国科学院空间中心通信室，北京 100080）摘 要 介绍了紫外光通信的性能特点、链路工作方式及影响紫外光通信的主要因素，并分析了紫外光音频通信系统的设备构成及其在军事作战和演习中的应用。
关键词 紫外光通信；保密性；工作方式 中图分类号 TN929.1 文献标识码 A1 引 言紫外光通信作为一种新的通信手段，其最突出的优点是不易被探测和截收，非常适用于近距离抗干扰的通信环境。
美国军方对紫外光通信领域高度重视，从上个世纪30年代至今，他们进行了从基本原理到实用系统等多方面的研究，已研制出实用的设备，但其项目研制情况和技术细节目前都处于高度保密状态。
与之相比，紫外光通信的研究和实践工作在我国起步较晚，国内在该领域的研究还远远不够，特别是在军用领域，对军用紫外光通信系统的研究已经迫在眉睫。
2 紫外光通信的特点及工作方式紫外光通信的基本原理：以紫外日盲区的光谱为载波，信息电信号调制加载在紫外光上，通信系统的发射端和接收端通过初定位和调整，再经过光束的捕获—对准—跟踪（APT ）建立起光通信链路，然后以自由空间和大气为信道来传输信息。
2.1 紫外光通信的优点1）数据传输的保密性高系统辐射的紫外光通信信号扩散在大气层中被大气吸收，信号的强度按指数规律衰减，这种信号场强的指数衰减是距离的函数。
这样，就可以根据通信距离的要求来调整系统的辐射功率，使其在通信范围之外的辐射功率减至最小，从而使敌方很难截获紫外光通信信号。
2）系统抗干扰能力强紫外光传输的优点之一是系统的辐射功率可根据通信距离要求而减至最小，因此，常规的无线电设备很难干扰远方站台的紫外光通信信号。
3）可用于非视距通信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信系统能以非视距方式（Non-Line of Sight ，NLOS ）传输信号，从而能适应复杂的地形环境，克服了其他自由空间光通信系统必须工作在可视距方式（Line of Sight ，LOS ）的弱点。
总的来说，紫外光通信更适应近距离的、隐蔽的、地形复杂的作战环境。
2.2 紫外光通信链路的工作方式紫外光通信有两种工作方式：视距方式和非视距方式。
在军事通信中主要利用非视距工作方式，并且非视距工作方式有别于其他的光通信工作方式。
非视距通信方式的工作机理：光在大气中传播时产生电磁场使大气中的粒子所带的电荷产生振荡，振荡的电荷产生一个或多个电偶极子，辐射出次级球面波。
由于电荷的振荡与原始波同步，所以次级波与原始波具有相同的电磁振荡频率，并与原始波有固定的相位关系。
次级球面波的波面分布和振动情况决定散射光的散射方向，因此，发射的紫外光信号散射在大气中，这些散射信号都能保持原来的信息。
只要散射信号能到达光接收装置的视野20 光 学 与 光 电 技 术第3卷区，双方即可进行通信[1]。
非视距方式通信非常适合障碍物多，作战环境复杂，作战隐蔽性强的场合，具有重要的战略意义。
美国GTE 公司为美军研制的一种新型隐蔽式紫外光音频通信系统的非视距通信距离可达1～2 km ，定向可视距通信距离可达5～10 km （接收端的光电倍增管采用聚光方式）。
3 影响紫外光通信的主要因素紫外光通信以自由大气为传输介质，其传输性能与传输范围内大气的品质密切相关。
例如，大气中的臭氧浓度会影响紫外光的辐射强度；大气中的散射粒子的浓度、大小、均匀性、几何尺寸等都可影响紫外光的传输特性。
影响紫外光通信的大气因素可概括为以下几点。
3.1 大气粒子的吸收作用对紫外光吸收能力最强的是臭氧，一个地区的臭氧浓度直接影响紫外光通信信号的强度。
图1所示为美国军方设在圣地亚哥海军海洋系统中心的一个紫外光通信实验系统所得的试验结果，显示了臭氧浓度对紫外光传输距离的影响。
大气中浓度较大的三类粒子——空气分子、Aitken 核、霾粒子，对紫外光在大气中的传播特性影响最大。
尤其是霾粒子的半径小于或等于紫外光波长，半径和浓度变化范围大，造成紫外光在大气中传输容易受环境变化的作用和影响。
表1 大气散射粒子的半径和浓度Table 1 radius and concentration of atmospheric particulatesType Radius/µm Concentration/cm －3Aerosol 10－41019Aitken core 10－3~10－2 10－4~102 Mie particle10－2~110~103Fogdrop 1~10 10~100 Cloud drop1~1010~300 Raindrop 102~10410－5~10－24 军用紫外光音频通信系统的设备构成及应用4.1 紫外光音频通信系统的设备构成紫外光通信系统的主要部件包括：紫外光源、调制和驱动电路、滤光片和探测器、解调电路[1]。
除光源，滤光片和探测器外，其他均可利用现代通信系统中普遍采用的电子技术实现。
1）紫外光源常见的紫外灯管有高低压充气汞灯、紫外线卤化物灯等。
其中，低压充气汞灯是比较容易获得的理想光源，它的输出功率小，输出的紫外光图2 调制和驱动电路Fig.2 Modulation and driving circuit原始音频信号经滤波器后，频率范围限制在200～2 000 Hz ，然后被调制的载波信号进入紫外P a t h l o s s /d B第4期李霁野等：紫外光通信在军事通信系统中的应用 21灯管的驱动电路对光源进行调制，从而控制紫外光信号的输出脉冲频率，实现光电信号的转换。
3）滤光片和探测器紫外光信号在到达接收装置前要经过多次散射，最后其能量非常微弱，因此通常需要透紫外日盲滤光片和探测器来实现光信号的准确采集。
透紫外日盲滤光片的主要作用是使探测器免受太阳残余辐射的影响[3]。
探测器是一种灵敏度极高的光电倍增管，在近距离通信中，光电倍增管可直接使用，远距离通信中需要将它装在聚光镜中以增强探测器的灵敏度。
4）解调电路由于大气粒子的吸收和散射作用，在接收端探测器探测到的紫外光信号是很微弱的，因此解调电路中首先需要经过前置放大和滤波整形得到音频脉冲调制信号，再经过解调和功率放大输出，最终得到调制音频信号。
解调电路的工作流程如图3所示。
图3 接收和解调电路Fig.3 Receiving and demodulation circuit4.2 军用紫外光音频通信系统的应用紫外光通信系统非常适合于近距离、地形复杂的作战环境。
以陆地战为例，采用紫外光通信既克服了有线通信需要铺设电缆的缺点，节省了收放电缆所需的时间，又克服了无线通信易被监听的弱点，还大大减少了通信设备和线路开设及拆除时间。
紫外光通信过程中，发射机以某一方向和一定发射功率向通信范围内不断发射音频紫外光载波信号。
对于地形复杂的地区，如果数据链路的可视距方式实现不了，可采用非视距通信方式来克服建筑物、树木之类障碍物的影响。
在接收端，接收机在有效范围内可方便地接收话音信号，同时还可以自由移动并保持良好的话音质量[4]。
紫外光通信作为一项新兴的技术在军事通信中具有重要的战略意义。
中科院空间科学与应用研究中心通信室正在致力于战场紫外光通信的研究和设备研制工作，目前已取得一定的进展，深入开展相关的研究工作势在必行，也必将大有可为。
参考文献[1] 倪国强, 钟生东, 刘榴娣, 等. 自由大气紫外光学通信的研究[J]. 光学技术, 2000, (4): 297~303[2] Gray A Shaw, Melissa Nischan. Short-range NLOSultraviolet communication test bed and measurements[C].SPIE, 2001, 4396: 31~40[3] Gray A Shaw, Melissa Nischan, Mrinal Iyengar. NLOS UVcommunication for distributed sensor system[C]. SPIE, 2000, 4126: 83~96[4] 许桂华. 紫外光通信[J]. 现代通信, 2000, (4): 6~7Military Application of UV CommunicationLI Ji-ye QIU Ke-ni( Center of Space Science and Applied Research, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100080, China )Abstract In the paper, the characteristics and operating modes of UV communication and the main factors affecting UV communication are described. The composition of UV audio communication system and the military applications are presented.Key words UV communication; covertness; operating mode《光学与光电技术》征稿启事本刊欢迎光学与光电子领域的最新发展、研究动态、新技术、新成果和应用等方面的来稿。
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