日盲紫外光通信系統的信號檢測技術分析

凌云

摘 要：日盲紫外光通信是當今的一種新興的先進通信技術，相比較普通的通信系統來看，日盲紫外光通信系統的主要優勢是通信非視距離、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。隨著該通信系統在軍事領域中的應用和發展，其信號檢測技術也開始越來越受到人們的重視。基于此，文章便對其信號檢測技術進行分析，以此來促進該系統的良好應用與發展。

關鍵詞：日盲紫外光;通信系統;信號檢測技術

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，故其應用難度也比較大，但是因為日盲紫外光通信系統具有良好的繞過障礙物能力，所以該通信系統在近距離的通信環境中十分適用，且具備良好的抗干擾性能。具體應用中，借助于有效的信號檢測技術，可以對信號進行預處理、鑒別以及解調操作，這樣便可實現其通信距離的進一步提升，發揮出更加充分的技術優勢。

1?紫外光主要傳輸特征分析

第一，因為200 nm以內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以內的紫外光會在臭氧層的強烈吸引下出現大幅度衰減情況，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信號檢測技術的應用現狀分析

在日盲紫外光通信系統的應用過程中，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，并將其轉化成電信號形式。在日盲紫外光通信系統的信號檢測過程中，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、足夠寬的帶寬以及足夠低的日盲功能和暗電流密度。而日盲這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光電效應為基礎的半導體探測器。地域紫外光散射通信，其光電探測器應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，速度極高，可通過電子計數法對入射光子數量進行有效檢測。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的不斷發展，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用，且發揮出的作用也十分顯著。

3?日盲紫外光通信系統的信號檢測技術分析

3.1? 日盲紫外光通信系統的總體結構分析

相比較直視空間中其他形式的光通信系統而言，日盲紫外光通信系統為散射通信。因此，該系統就和其他光通信系統存在很大的不同。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，從散射光源發射器中所發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，比可見光以及近紫外光低很多。基于此，該系統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? 模擬信號解調分析

在日盲紫外光通信系統信號檢測技術的具體應用中，如果紫外光源屬于低壓汞燈，因其有著非常大的發光功率，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性特征，可借助于合理的光電探測器，檢測到具有連續性的日盲紫外光。事實證明，在應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性，且這種連續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，可通過鎖相環技術以及取樣積分技術將信號從噪聲里提取出來。其主要解調流程為：①光電轉換和放大處理;②濾波處理;③放大整形處理;④通過鎖相環進行頻段鑒別;⑤通過輸出接口進行處理。

3.3? 光子計數器解調分析

在光非常微弱的情況下，光信號所表現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，取樣積分技術以及鎖相環技術都將無法正常應用。在這樣的情況下，光子計數技術便可以克服以上的各種困難，對光信號實現有效的解調處理，以此來實現信號的準確檢測和獲取。光子計數技術所應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中的信號檢測工具，以此來保障系統的信號檢測效果，提升系統的應用性能。該技術的主要應用原理是對單個光子從光電倍增管內所激發出的光電子脈沖進行分辨，并通過數字化技術在噪聲中對光信號進行提取。該技術對日盲紫外光的探測靈敏度極高，分辨率極高，且在長時間內具備良好的穩定性。但是，該技術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，技術人員可借助于光電倍增管中的光子計數器模式來進行檢測，以此來實現日盲紫外光信號的有效解調處理，其解調流程如下：? ? 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通過軟件計數等的處理器進行處理。

將LED作為日盲紫外光通信系統的信號檢測光源，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。在該系統中，主要借助于軟件計數的方法來進行日盲紫外光信號的解調處理，這種解調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，將會對信號解調造成很大程度的不利影響，導致誤碼率上升，距離越遠，解調誤差也就越大。

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

4 結語

綜上所述，在日盲紫外光通信系統的應用過程中，其信號檢測技術依然處在發展階段，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處理，以此來達到良好的信號檢測效果。相信隨著科學技術的不斷發展，將會有越來越多的日盲紫外光通信系統信號檢測技術出現，為該系統的應用和發展提供足具科學性的技術支撐。

[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多跳中繼研究[J].電子與信息學報，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，2019.

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

[4]秦恒.紫外光MIMO通信系統關鍵技術研究[D].北京：北京郵電大學，2018.

（編輯 王永超）