Laserkanavan etuna radiokanavaan verrattuna on, että ensinnäkin se ei aiheuta radiohäiriöitä; toiseksi se on luottamuksellisempaa; Kolmanneksi sitä voidaan käyttää olosuhteissa, joissa se altistuu korkealle sähkömagneettiselle säteilylle.

Kaaviokaavio lähetin on esitetty kuvassa 1. Lähetin koostuu ATtiny2313-mikrokontrolleriin (DD1) tehdystä komentokooderista, BC847V-transistoreiden (VT1, VT2) lähtölohkosta ja RS-232-liitännästä, joka puolestaan ​​koostuu DB9-F-liittimestä (kaapelille) (XP1) ja tasomuunnin - mallissa MAX3232 (DD3).

Mikrokontrollerin palautuspiiri koostuu elementeistä DD2 (CD4011B), R2, C7. Lähtölohko on transistoriin VT1 tehty elektroninen kytkin, jonka kollektoripiirissä se on kytketty transistorin VT2 virtarajoittimen kautta. laserosoitin. Lähetin saa virtaa vakiosta stabiloidusta jännitteestä 9 - 12 V. Mikropiirit DD1, DD2, DD3 saavat virran 5 V:n jännitteestä, joka määräytyy 78L05-stabilisaattorin (DA1) avulla.

DD1-ohjain on ohjelmoitu BASCOM-ympäristöön, jolloin se voi lähettää komentoja henkilökohtainen tietokone(PC) RS-232-liitännän kautta Bascom-päätteestä käyttämällä “echo”-toimintoa.

Mikro-ohjaimessa on kellotaajuus 4 MHz sisäisestä oskillaattorista. Pulssipaketit, joiden taajuus on noin 1,3 KHz OS0A (PB2) -lähdöstä, syötetään lähtölohkoon. Pulssien lukumäärä paketissa määräytyy PC:ltä vastaanotetun komennon numeron mukaan.
Syöttääksesi komennon, sinun on painettava mitä tahansa näppäintä PC-näppäimistöllä, sitten kun sanat "Kirjoita komento" ja "Enter No. 1...8" tulevat näkyviin, kirjoita numero 1-8 ja paina "Enter" avain.

Lähettimen mikrokontrollerin ohjelma ”TXlaser” koostuu pääsilmukasta (DO...LOOP) ja kahdestata: vastaanottoa (Urxc) ja ajastimen 0 ylivuotoa (Timer0) varten.

1,3 KHz:n lähtötaajuuden saamiseksi ajastin konfiguroidaan taajuusjakokertoimella (Prescale) = 1024. Lisäksi laskenta alkaa alemmasta arvosta Z = 253 (korkealla tasolla PB2:ssa) ja saavuttaa 255:n. ylivuotokeskeytys tapahtuu, kun prosessointi kytkee PB2:n lähtöä ja ajastin asetetaan jälleen arvoon Z = 253. Tällöin PB2:n lähdössä ilmaantuu signaali taajuudella 1,3 KHz (ks. kuva 2). Samassa aliohjelmassa PB2:n pulssien määrää verrataan määritettyyn pulssiin, ja jos ne ovat yhtä suuret, ajastin pysähtyy.

Vastaanottokeskeytyksen käsittelyalirutiinissa asetetaan lähetettävien pulssien määrä (1 – 8). Jos tämä luku on suurempi kuin 8, näyttöön tulee viesti "ERROR".

Aliohjelman toiminnan aikana PD6-nasta on läsnä matala taso(HL1 LED ei pala) ja ajastin pysähtyy.
Pääsilmukassa nastassa PD6 - korkea taso, ja HL1-LED palaa.
"TXlaser"-ohjelman teksti:

$regfile = "attiny2313a.dat"
Crystal $ = 1000000
$hwstack = 40
$swstack = 16
$kehyskoko = 32

Config Pind.0 = Syötä "UART - RxD
Config Portd.1 = Lähtö "UART - TxD
Config Portd.6 = Lähtö "LED HL1
Config Portb.2 = Lähtö "lähtö OC0A

"ajastimen kokoonpanon 0-jakokerroin = 1024:
Config Timer0 = ajastin, esiasteikko = 1024
Pysäytä ajastin0 "pysäytä ajastin

Dim N As Byte "muuttujan määritelmä"
Dim N0 Tavuna

Const Z = 253 "lähtötaajuuden ajastimen laskurin alaraja = 1,3 KHz
Ajastin0 = Z

Urxc Rxd:ssä "vastaanota keskeytyksen käsittelyalirutiini
On Timer0 Pulse "ylivuodon keskeytysrutiini"

Ota Urxc käyttöön
Ota ajastin0 käyttöön

Tee "pääsilmukka
Aseta Portd.6 "sytytä LED HL1
Silmukka

Rxd: "vastaanottokeskeytyksen käsittelyalirutiini
Pysäytä ajastin0
M1:
Tulosta "Kirjoita pilkku"
Syötä "Enter No. 1...8:" , N0 "komentosyöttö
Jos N0 > 8 Rajoita komentojen määrää
Tulosta "Virhe"
Mene M1:een
Lopeta jos
N0 = N0 * 2
N0 = N0 - 1" asetettu arvo pulssien lukumäärä pakkauksessa
Vaihda Portb.2
Käynnistä ajastin0 "käynnistä ajastin
Palata

Pulssi: "ylivuodon keskeytyksen käsittelyrutiini"
Pysäytä ajastin0
Vaihda Portb.2
Reset Portd.6 "sammuta LED
Ajastin0 = Z
N = N + 1 "pulssien lukumäärän lisäys
Jos N = N0 Sitten "jos pulssien määrä = määritetty
N = 0
N0 = 0
Odottaa 500" viivettä 0,5 s
Muu
Käynnistä Timer0 "muussa tapauksessa jatka laskentaa
Lopeta jos
Palata
Lopeta "lopeta ohjelma

Lähetin on valmistettu piirilevylle, jonka mitat ovat 46x62 mm (katso kuva 3). Kaikki elementit mikro-ohjainta lukuun ottamatta ovat SMD-tyyppisiä. ATtiny2313-mikrokontrolleria käytetään DIP-paketissa. On suositeltavaa sijoittaa se DIP-sirujen TRS (SCS) - 20 paneeliin, jotta se voidaan ohjelmoida "kivuttomasti" uudelleen.

PCB Lähetin TXD.PCB sijaitsee "FILE PCAD" -kansiossa.
Laserkanavavastaanottimen kaaviokuva on esitetty kuvassa 4. Ensimmäisen vahvistimen DA3.1 (LM358N) sisääntulossa elementeistä CE3, R8, R9 muodostettu alipäästösuodatin, jonka rajataajuus on 1 KHz vaimentaa taustakohinaa 50-100 KHz alkaen. valaisimet. Vahvistimet DA3.2 ja DA4.2 vahvistavat ja pidentävät vastaanotettujen pulssien kestoa hyödyllinen signaali. DA4.1:n komparaattori tuottaa lähtösignaalin (yksi), joka syötetään CD4011D (DD2) -sirun - DD2.1, DD2 - invertterien kautta. Signaali saapuu synkronisesti mikro-ohjaimen ATtiny2313 (DD1) – T0 (PB4) ja PB3 koskettimiin. Siten Timer0, joka toimii ulkoisessa pulssilaskentatilassa, ja Timer1, joka mittaa tämän laskennan aikaa, käynnistetään synkronisesti. Dekooderina toimiva ohjain DD1 näyttää vastaanotetut komennot 1…8 asettamalla PORTB-nastoihin log.1, vastaavasti РВ0…РВ7, kun taas seuraavan komennon saapuminen nollaa edellisen. Kun komento “8” saapuu PB7:lle, ilmestyy log.1, joka avustuksella elektroninen avain transistorissa VT1, kytkee releen K1 päälle.

Vastaanotin saa virtaa vakiojännitteellä 9 -12V. Analogiset ja digitaaliset osat saavat virran 5 V jännitteistä, jotka määritetään 78L05 DA5- ja DA2-tyyppisten stabilaattorien avulla.

RXlaser-ohjelmassa Timer0 on konfiguroitu ulkoisten pulssien laskuriksi ja Timer1 ajastimeksi, joka laskee suurimman mahdollisen pulssimäärän kulumisjakson (komento 8).

Pääjaksossa (DO...LOOP) Timer1 kytkeytyy päälle, kun ensimmäinen komentopulssi vastaanotetaan (K=0), jolloin ajastimen Z=1 sisällyttämisen ehto nollataan.
Kun keTimer1-luku osuu yhteen suurimman mahdollisen määrän arvon kanssa, komennon numero luetaan ja asetetaan PORTB:ssä. Edellytys Timer1:n sisällyttämiselle on myös asetettu - Z=0.
RXlaser-ohjelman teksti:

$regfile = "attiny2313a.dat"
Crystal $ = 4000000
$hwstack = 40
$swstack = 16
$kehyskoko = 32

Ddrb = 255 "PORTB - kaikki lähdöt
Portb = 0
Ddrd = 0 "PORTD-tulo
Portd = 255" ylösveto PORTD
Config Timer0 = laskuri , esiasteikko = 1 , reuna = putoava "pulssilaskurina
Config Timer1 = ajastin, esiasteikko = 1024, tyhjennä ajastin = 1" ajastimena
Pysäytä ajastin1
Ajastin1 = 0
Laskuri 0 = 0

"muuttujan määritelmä:
Dim X As Byte
Dim Comm Tavuna
Himmeä Z As Bit
Dim K As Bit

X = 80
Vertaa1a = X "pulssien lukumäärä ottelurekisterissä
Z = 0

Kohdassa Compare1a Pulse "keskeytysrutiini sattumalta

Ota keskeytykset käyttöön
Ota Vertaa1a käyttöön

Tee "pääsilmukka
Jos Z = 0 Sitten "ensimmäinen ehto ajastimen käynnistämiseksi
K = Portd.3
Jos K = 0 Sitten "toinen ehto ajastimen kytkemiseksi päälle
Käynnistä ajastin1
Z = 1
Lopeta jos
Lopeta jos
Silmukka

Pulssi: "alirutiinin keskeytyksen käsittely sattumalta
Pysäytä ajastin1
Comm = Counter0 "lukema ulkoisesta pulssilaskimesta
Comm = Comm - 1" portin bittinumeron määritelmä
Portb = 0 "portin nollaus
Aseta Portb.comm "aseta komentonumeroa vastaava bitti
Z = 0
Laskuri 0 = 0
Ajastin1 = 0
Palata
Lopeta "lopeta ohjelma

Ohjelmat "TXlaser" ja "RXlaser" sijaitsevat Lazer_prog-kansiossa.

Vastaanotin sijaitsee levyllä, jonka mitat ovat 46x62 mm (katso kuva 5). Kaikki komponentit ovat SMD-tyyppisiä, paitsi mikro-ohjain, joka on sijoitettava DIP-tyypin TRS(SCS) - 20 piirin paneeliin.

Vastaanottimen asetusten määrittäminen tarkoittaa päästä päähän -lähetyskertoimen ja vertailijan vastekynnyksen asettamiseen. Ensimmäisen ongelman ratkaisemiseksi sinun on kytkettävä oskilloskooppi DA4.2:n nastan 7 ja valitsemalla arvo R18, asetettava päästä päähän -lähetyskerroin, jolla näytöllä havaittu melupäästöjen enimmäisamplitudi ei muutu. yli 100 mV. Sitten oskilloskooppi kytkeytyy DA4.1:n nastalle 1 ja vastuksen valinta (R21) asettaa vertailijan nollatason. Kytkemällä lähettimen päälle ja ohjaamalla lasersäteen valodiodiin, sinun on varmistettava tämä suorakaiteen muotoisia pulsseja vertailijan lähdössä.
Vastaanottimen piirilevy RXD.PCB sijaitsee myös FILE PCAD -kansiossa.

Laserkanavan kohinansietokykyä on mahdollista lisätä moduloimalla signaalia apukantoaaltotaajuudella 30 – 36 KHz. Pulssijonojen modulaatio tapahtuu lähettimessä, kun taas vastaanotin sisältää kaistanpäästösuodattimen ja amplitudin ilmaisin.

Tällaisen lähettimen kaavio (lähetin 2) on esitetty kuvassa 6. Toisin kuin edellä käsitellyssä lähettimessä 1, lähettimessä 2 on 30 kHz:n taajuudelle viritetty apukantoaaltogeneraattori, joka on koottu aikaväleihin DD2.1, DD2.4.. Generaattori mahdollistaa positiivisten pulssien purskeiden moduloinnin.

Laserkanavavastaanotin, jossa on apukantoaaltotaajuus (vastaanotin 2), on asennettu päälle kotimainen mikropiiri K1056UP1 (DA1). Vastaanotinpiiri on esitetty kuvassa 7. Komentopulssien eristämiseksi amplituditunnistin, jossa on matalataajuinen suodatin ja pulssin normalisoija, asennettuna loogisia elementtejä DD3.1, DD3.2, diodikokoonpano DA3 ja C9, R24. Muussa tapauksessa vastaanottimen 2 piiri on sama kuin vastaanottimen 1 piiri.

Radioaallot eivät ole ainoa väline kommunikoida maan ulkopuolisten sivilisaatioiden kanssa. On muitakin tapoja, kuten valomerkit. Koska valosignaalin on kuljettava valtava matka, sillä on oltava tarvittavat ominaisuudet: sillä on oltava riittävästi energiaa tämän polun voittamiseksi. On helppo nähdä, että optiset projektorit eivät sovellu tällaisten valosignaalien lähettämiseen. Ne luovat erilaisia ​​valonsäteitä. Siksi, mitä kauempana kohdevalosta, sitä leveämmäksi säde muuttuu. Suurilla etäisyyksillä se on myös erittäin suuri. Tämä tarkoittaa, että energia pinta-alayksikköä kohti on hyvin pieni.

Jos käyttää nykyaikaisinta optista kohdevaloa, joka luo vain puolen asteen leveän valonsäteen (säteen), niin jo 50 kilometrin etäisyydellä kohdevalon luoma valopiste on 450 metriä. Tällainen Maahan asennettu kohdevalo luo Kuuhun kirkkaan pisteen, jonka halkaisija on 3000 kilometriä! On selvää, että tässä tapauksessa valoenergia on hajallaan suurelle alueelle ja pinnan valaistus on paljon pienempi kuin jos tämä kohta olisi vain 10 tai 100 metriä. Maan valonheittimen muodostamaa täplää Kuun pinnalle ei voida havaita. Mutta Kuu on vieressämme. Mitä energiatiheydestä jää jäljelle satojen valovuosien etäisyyksillä? Lähes ei mitään. Siksi ei ole mitään järkeä pohtia tällaista triviaalia valosignaalien lähdettä. Mutta tarpeellista optisia signaaleja voidaan luoda laserilla, jotka ilmensivät Aleksei Tolstoin (insinööri Garinin hyperboloidi) ja H. Wellsin (marsilaisten lämpösäde) ideoita.

Mitä tulee lasersäteilyyn viestintävälineenä muukalaisten kanssa, kaksi sen ominaisuutta ovat tärkeitä. Ensimmäinen on kyky lähettää käytännössä ei-hajottava valonsäde (säde), jota, kuten olemme nähneet, ei voida tehdä tavanomaisilla kohdevaloilla. Toinen on kyky luoda voimakkaita valosignaaleja, jotka voivat saavuttaa satojen ja tuhansien valovuosien päässä sijaitsevat tähdet.

Lasersäteilyn tärkeä ominaisuus on sen yksivärisyys (kirjaimellisesti "yksivärinen"). Fyysisesti tämä tarkoittaa, että säteilyllä on tiukasti vakio aallonpituus ja siten väri. Samaan aikaan on lasereita, jotka lähettävät yhtä tiukasti määriteltyä aallonpituutta, jonka arvon määrittää laserin "työaine". Tällainen aine voi olla kaasumainen, nestemäinen tai kiinteä. Alussa käytettiin pääasiassa synteettistä rubiinikidettä. Käytettäessä neodyymiaktivoitua lasia säteilyn aallonpituus on 1,06 mikronia. Työaineena käytetään erityisesti hiilidioksidia CO2:ta ja monia muita aineita. Nestemäiset laserit mahdollistavat lähettämisen eri aallonpituuksilla (tietyllä alueella). Säteilyä tapahtuu vuorotellen, kullakin ajanhetkellä emittoidaan yksi tiukasti määritelty aallonpituus.

On myös tärkeää, että laserjärjestelmät mahdollistavat erittäin lyhyiden valopulssien lähettämisen. Tämä on erittäin tärkeää tiedon siirtämisessä (pulssisarjoilla). Pulssin pituus voi olla niin pieni, että sekunnissa voidaan "pinota" jopa tuhat miljardia pulssia. Emission aikana pulssit seuraavat toisiaan tietyllä viiveellä. Nykyaikaiset laserit mahdollistavat suuritehoisten pulssien tuottamisen. Joten jopa niin lyhyiden pulssien kuin yllä mainitut, energia voi olla yli 10 joulea! Mitä pidempi pulssi, sitä enemmän se sisältää energiaa. "Vapaa sukupolvi" -tilassa, kun laser itse säätelee lähetettyjen pulssien pituutta ja se on sekunnin tuhannesosan luokkaa, kunkin pulssin energia voi olla useita tuhansia jouleita. Laserilla on mahdollista lähettää paitsi lyhyitä valopulsseja myös jatkuvasti. Esimerkiksi hiilidioksidilla toimivat kaasulaserit voivat toimia jatkuvassa laserointitilassa. Tässä tapauksessa säteilylle ei ole ominaista kunkin pulssin energia (koska yksittäisiä pulsseja ei ole), vaan energia aikayksikköä kohti tai toisin sanoen teho. Näin ollen hiilidioksidilla toimivien lasereiden teho saavuttaa useita kymmeniä kilowatteja.

Lasersäteily on myös hajallaan, mutta paljon vähemmän kuin valonheittimet. Tämä määräytyy työaineen koon mukaan. Säteily työaineen pinnalta tapahtuu tiukasti samalla faasilla (vaiheessa) sen koko pinnalla. Siksi laserin lähettämän säteen leveys riippuu "työaineen" lohkon koosta, eli mitä suurempi pinta on, sitä kapeampi säde on emittoituneena. Säteen leveyden riippuvuus aallonpituudesta on suora: mitä lyhyempi aallonpituus, sitä leveämpi laserin lähettämä säde. Mutta jopa tavallisilla lasereilla, joissa työaineen koko on noin 1 senttimetri, valonsäteen kulma on 200 kertaa pienempi kuin kohdevalaisimen. Se on 10 kaarisekuntia. On tietysti lasereita, joilla on huomattavasti pienemmät valon emissiokulmat.

Päästäksesi eroon säteen hajoamisesta, sinun on käytettävä optinen järjestelmä kaukoputken tyyppi, joka ohjaa säteiden polun. Jos lasersäteilyn säde johdetaan linssin läpi, jonka polttoväli on yhtä suuri kuin sen halkaisija, säteen todellisella kuvalla polttotasossa on mitat yhtä pitkä kuin pituus aallot. Seuraavaksi paikkaan, jossa tämä todellinen säteen kuva saatiin, asetamme toisen linssin (tai peilin) ​​tarkennuksen, jonka halkaisija on paljon suurempi kuin ensimmäinen. Toisen objektiivin polttoväli voi olla suurempi kuin sen halkaisija, mutta se voi myös olla yhtä suuri kuin se (kuten ensimmäisen objektiivin kohdalla). Tämä kahden linssin yhdistelmä johtaa siihen, että toisesta suuresta linssistä (peilistä) tulee säde, jonka hajoamiskulma pienenee (verrattuna kaukoputkeen tulevaan alkuperäiseen) niin monta kertaa kuin toisen linssin halkaisija (peili) on suurempi kuin emittoidun aallon pituus. Näin ollen on täysin mahdollista pienentää lasersäteen hajaantumiskulmaa niin paljon kuin halutaan.

Viestintä alienien kanssa, sekä viestintäjärjestelmät, jotka on rakennettu yhdelle laserille, että ne, jotka on rakennettu siihen koko järjestelmä(akku) lasereista. Jos käytät jatkuvasti säteilevää laseria, jonka teho on 10 kilowattia, ja ylimääräistä suurta peiliä, jonka halkaisija on 5 metriä, voit kaventaa sädekulman 0,02 kaarisekiksi.

Et voi käyttää yhtä suurta peiliä, vaan tiettyä määrää peilejä, joilla on pieni halkaisija (esimerkiksi 10 senttimetriä). Tällöin järjestelmän tulee sisältää yhtä monta laseria kuin on peilejä. Kaiken sen on oltava erittäin tiukasti suunnattu. Jos otat 25 laseria, voit saavuttaa yhden kaarisekuntia vastaavan sädekulman.

Etu laserjärjestelmät(paristot) varten avaruusviestintä on, että sen toiminnan aikana on mahdollista sulkea pois maan ilmakehän vaikutus. Jos työskentelet yhdellä laserilla, ilmakehän häiriöiden vuoksi sädekulmasta tulee huomattavasti suurempi kuin tällaisen vaikutuksen puuttuessa. Tämä vaikutus voidaan voittaa, jos laserjärjestelmä sijoitetaan niin lasersäde ei kulkenut ilmakehän läpi, eli aseta se keinotekoiselle satelliittialustalle. Tässä tapauksessa ei tarvitse käyttää laserjärjestelmien akkua.

Ensimmäistä kertaa mahdollisuutta kommunikoida maan ulkopuolisten sivilisaatioiden kanssa lasersäteen avulla analysoi tieteellisesti vuonna 1961 Nobel-palkinnon saaja C.H. Townsom ja R.I. Schwartz. Sittemmin lasertekniikka maailmassa on parantunut ja laserviestinnän olosuhteet ovat parantuneet. Pääasia, mitä tämän tekniikan on tarjottava, on riittävä säteilyteho ja kyky erottaa muukalaisten meille lähettämä lasersäteily tähtien säteilystä. Kuinka erottaa laservalo tähtivalosta? Tämä kysymys ei suinkaan ole yksinkertainen, ja se voidaan ratkaista vain lasersäteilyn erityisen ominaisuuden - sen korkean monokromaattisuuden - ansiosta. Tähti (kuten aurinko) lähettää valoa eri aallonpituuksilla. Laser lähettää vain tiukasti määritellyllä aallonpituudella, esimerkiksi 0,5 mikronia. Tällä aallonpituudella aurinko säteilee suurin energia. Lasersäteily on kuitenkin 25 kertaa suurempi kuin Auringon tai muun vastaavan tähden. Tietenkin tämä koskee vain kyseistä aallonpituutta. Muilla aallonpituuksilla (kuten spektrin ultravioletti- ja infrapuna-alueilla) tämä suhde olisi vielä suurempi, koska näillä aallonpituuksilla Aurinko säteilee vähemmän kuin lähellä vihreää valoa (0,5 µm).

Siten jopa nykyaikainen lasertekniikka mahdollistaa säteilyn luomisen, jonka intensiteetti tietyllä aallonpituudella on riittävä eristettäväksi kaikesta tähtien säteilystä. Vielä paremman lasersäteilyn vapautumisen saavuttamiseksi sinun on "työskenneltävä" lähellä Auringon (tai toisen tähden) absorptiolinjoja, eli alueella, jossa osa auringon säteilystä absorboituu ja se häiritsee vähemmän lasersäteilyn vapautumista. . Jos laser toimii 0,15 mikronin aallonpituudella, sen spektrin intensiteetti voi olla kymmeniä tuhansia kertoja suurempi kuin auringon säteilyn intensiteetti tällä aallonpituudella, koska se on auringon säteilyn absorptioalueella. Tietysti hän on laser kone tulee sijaita maan ilmakehän ulkopuolella, muuten lasersäteily absorboituu ilmakehän kaasuun. Näin ollen, kun tallennetaan ja analysoidaan kaukaisten tähtien valoa, meidän on pidettävä mielessä, että maan ulkopuolisten sivilisaatioiden lähettämä lasersäteily voidaan havaita tämän säteilyn taustalla. Se näkyy kapeana viivana. Mutta tätä varten on tarpeen analysoida tähtien säteily korkealaatuisten spektrografien avulla. Voidaan käyttää myös erittäin kapeakaistaisia ​​suodattimia. Tietysti näiden optisten laitteiden on oltava erittäin korkealaatuisia: spektrografin resoluution on oltava 0,03 A, jotta saadaan 10 % kontrasti taustan yläpuolella olevasta laserviivasta. Nykyaikainen optinen tekniikka mahdollistaa tämän. Siksi nyt voimme alkaa sieppaamaan tehokkaimpiin teleskooppeihin kuuluvia päästölinjoja laserlaitteet Maan ulkopuoliset sivilisaatiot.

Olemme keskustelleet monta kertaa erilaisia ​​näkökohtia Doppler-ilmiön vaikutus liikkuvan lähteen säteilyyn. IN tässä tapauksessa Tämä vaikutus on myös otettava huomioon, koska säteilyvastaanottimien liikkeestä johtuen itse säteilyn suunnasta säteilytaajuuden siirtymän (Doppler-siirtymän) pitäisi tapahtua suuntaan tai toiseen. Tämän säteilyn havaitsemiseksi siirretyllä taajuudella tarvitaan spektrografeja, joilla on sopiva resoluutio.

Siis jopa moderni taso lasertekniikka voit vastaanottaa lasersignaaleja lähellä olevilta tähdiltä ja lähettää ne takaisin. Mutta vielä yksi, kenties tärkein kysymys, jää: mihin lähettää signaaleja ja mistä vastaanottaa ne? Molemmissa tapauksissa meidän on suunnattava kaukoputket jonnekin ja erittäin suurella tarkkuudella. Samaa vaaditaan kirjeenvaihtajiltamme avaruudessa. Jos ne ovat lähimmillä tähdillä (niiden planeetoilla), he tarkkailevat maan kiertorataa yhden kaarisekunnin kulmassa. Jotta heidän lasersäteensä osuisi Maahan, heidän on suunnattava se 0,02 kaarisekunnin kulmaresoluutiolla. Tällainen tarkkuus on nyt tähtitieteilijöidemme käytettävissä. Siksi uskomme, että se on saavutettavissa myös maan ulkopuolisille sivilisaatioille, jotka etsivät yhteyttä kanssamme.

On loogista kuvitella, että avaruusolennot, jotka etsivät yhteyttä kanssamme, "takertelevat" lasersäteen kanssa aurinkokunnassa. Jos ne tekevät lasersäteen (säteen) leveyden suuremmaksi, se valaisee Maata koko ajan ja voidaan tallentaa suhteellisen helposti. Mutta mitä leveämpi säde, sitä enemmän energiaa on lähetettävä, jotta se riittää peittämään koko valaiseman pinnan, jotta se voidaan rekisteröidä. Mutta voisi ajatella, että tämä muukalaisten vaikeus ei ole ratkaisematon. Tekijä: vähintään, maanpäällisissä laboratorioissa lasersäteilyn tehon kasvu tapahtuu hyvin nopeasti.

Erityisen tehokas laserviestintä voidaan käyttää aurinkokunnassa. Lasersäteellä Marsiin voidaan luoda halkaisijaltaan 5–7 kilometriä oleva täplä, joka maasta katsottuna hehkuu noin 10 kertaa kirkkaammin kuin Venus. Lasersäde voi kuljettaa mitä tahansa tietoa: sen intensiteettiä voidaan muuttaa ajassa minkä tahansa lain mukaan (toisin sanoen lasersäteilyä voidaan moduloida vastaavasti). Kuun pintaa valaistiin lasersäteellä. Kuun puolelle, jota aurinko ei valaise, saadaan valopiste, jonka halkaisija on 40 metriä. Se valaisee 100 kertaa vähemmän kuin suorassa auringonvalossa.

Tällä viikolla NASA julkaisi tulokset Space Laser Communications Demonstratorista (LLCD) Lunar Atmospheric and Dust Environment Explorerista (tai LADEE), joka käynnistettiin tämän vuoden syyskuussa ja nykyinen hetki kiertää ympärillämme luonnollinen satelliitti. Avaruusviraston mukaan LLCD-järjestelmä on osoittanut erittäin korkeaa tiedonsiirron tehokkuutta noin 400 tuhannen kilometrin etäisyydellä ja pystyy jo toimimaan ei huonommin ja ehkä jopa paremmin kuin perinteiset radiolähettimet.

Niille, jotka eivät tiedä, LLCD:n tehtävänä on osoittaa mahdollisuus käytännön käyttöä laserit viestien välittämiseen objektien välillä hyvin kaukana toisistaan ​​ja paljon suuremmilla nopeuksilla kuin tavalliset radiolähettimet voivat tarjota. LLCD osoitti kykynsä lähettää dataa Maahan nopeudella 622 Mb/s ja vastaanottaa nopeudella 20 Mb/s, ja se teki ennätyksen tiedonsiirtonopeuksille Kuun kiertoradalta 20. lokakuuta. Lasersäteen lähettämät tiedot vastaanotti New Mexicossa sijaitseva LLCD-pääasema. Maailmassa on kolme samanlaista asemaa. Loput kaksi sijaitsevat Espanjassa ja Yhdysvalloissa.

Tärkein laserien edut radiolähettimien edut ovat, että ne tarjoavat paljon korkeampia läpijuoksu ja lisäksi mahdollisuus välittää tietoa lyhytaikaisilla lasersäteillä, mikä tulevaisuudessa vähentää tehonkulutuksen kokonaiskustannuksia siirrettäessä tietoa erittäin pitkiä matkoja.

NASA toteaa, että LLCD-järjestelmä toimii 30 päivää testitila jopa parempi kuin mitä häneltä odotettiin. Laser välitti viestejä maa-asemille ilman ongelmia, kun päivänvalo ja jopa silloin, kun Kuun poikkeama Auringon suhteen oli neljä astetta. Järjestelmä toimi myös ilman virheitä, kun Kuu oli hyvin alhaalla horisontissa, mikä pakotti laserin kulkemaan ilmakehän tiheämpien kerrosten läpi ja altistuen jonkin verran turbulenssin vaikutuksille. Tähtitieteilijät olivat myös yllättyneitä kuullessaan, että kevyet sirruspilvet eivät olleet laserille ongelma.

Virheiden testaamisen lisäksi LLCD osoitti kyvyn vaihtaa maa-asemalta toiselle, mikä osoitti kyvyn lukittua tietylle asemalle ilman radiosignaalin tarvetta.

”Olemme ohjelmoineet LADEE:n niin, että se automaattinen tila aktivoinut ja ohjannut LLCD-järjestelmän siihen haluttu kohta lähettää lasersignaalin Maahan ilman, että radiosignaaleja on lähetettävä luotain etukäteen miehistön kanssa”, sanoo Don Cornwell, LLCD-projektipäällikkö Goddard Space Flight Centeristä.
"Tämän tehtävän menestys antaa meille mahdollisuuden olla optimistisia mahdollisuudesta käyttää vastaavia järjestelmiä ensisijaisina viestintäjärjestelminä tulevissa NASA-tehtävissä."
NASA panee merkille signaalinsiirron onnistumisen lisäksi myös tiedonsiirron suuren nopeuden luotauksesta Maahan. Kaikki tänä aikana kerätty data (ja tämä on hetkeksi gigatavua tietoa) välitettiin Maahan alle viidessä minuutissa. Yleensä tämän määrän tietojen siirtäminen kestää useita päiviä.

Viraston mukaan LLCD-tehtävä on saatu päätökseen, ja seuraava testausvaihe on LRCD (Laser Communications Relay Demonstration) -satelliitin järjestelmätarkistus, joka on tarkoitus laukaista vuonna 2017. Järjestelmän ytimessä on parannettu versio LLCD:stä, joka pystyy siirtämään tietoja jopa 2880 Gb/s nopeudella. geostationaarinen kiertorata ja se on osa viisivuotista ohjelmaa, jossa testataan seuraavan sukupolven viestintäjärjestelmiä.

Tammikuun 30. päivänä Eutelsat 9B -satelliitti laukaistiin kiertoradalle. Siitä tuli ensimmäinen satelliitti, joka oli varustettu EDRS-järjestelmällä (European Data Relay System). Haluaa tietää lisää uutta tekniikkaa, Mediasatin kirjeenvaihtaja meni EDRS-moduulin kehittäjän Tesatin toimistoon, joka sijaitsee pienessä saksalaisessa Backnangin kaupungissa. Osaston johtaja laserteknologiat Mathias Motsigemba esitteli meille yritystä ja puhui laserviestintätekniikasta, jota maailmassa vielä vähän tunnetaan.

Saksan avaruusjärjestön tuella Tesat on kehittänyt Laser Communications Terminalin (LCT), joka tukee nopeaa tiedonsiirtoa Low Earth Orbit (LEO) ja Geostationary Earth (GEO) -satelliittien välillä. Terminaali tekee mahdollinen siirto dataa 1,8 Gbps nopeudella jopa 45 000 kilometrin etäisyydellä. Näistä LCT-päätteistä pitäisi tulla perusta pääkanavat tiedonsiirto EDRS-järjestelmässä, jonka pitäisi tarjota tiedonsiirto LEO- ja GEO-satelliittien välillä.

Mathias Motsigemba: ”Nyt meillä on mahdollisuus tarjota palveluita korkea laatu tilassa, joka on lähellä reaaliaikaa. Tämä tekee valtavan eron! LEO-satelliitti ottaa kuvan ja lähettää sen GEO-satelliittiin, joka puolestaan ​​lähettää sen maahan radiotaajuudella. Lasersäde on erinomainen ratkaisu tyhjiössä, mutta ilmakehän olosuhteissa se ei ole paras paras valinta, koska pilvet voivat aiheuttaa häiriöitä. Suojaamiseksi TV-signaali voit käyttää suuret nopeudet tiedonsiirto ja häiriötön optinen tekniikka syöttölinjalla. Laserviestintätekniikan tuloa voidaan verrata valokuidun käytön alkamiseen kuparin sijaan.

Earth Observation System -teleportti voi olla ulkomainen palvelu, joka käyttää maanpäällisiä suojaamattomia linjoja.
Optinen tiedonsiirtopalvelu (LEO GEO:lle ja GEO maahan lähetysasemalle).
Maa-asema voi sijaita omassa maassaan GEO-satelliitin näköetäisyydellä.
S/C – tietoomaisuutesi suvereniteetti.

Tämän tekniikan kehittämistarpeen saneli tiedonsiirtokapasiteetin kasvava kysyntä siviili- ja sotilasvalvontasatelliitteihin, HALE-tehtäviin. Ajatuksen EDRS-järjestelmän luomisesta esitti Euroopan komissio, joka on jo mukana Sentinel-satelliittikonstellaatiossa, Copernicus-ohjelmassa. Seuraava askel olisi satelliittien välisten viestintäkanavien luominen. Eutelsat tarjosi kapasiteettia viestintämoduulille Eutelsat satelliitti 9B. Seitsemän vuoden ensimmäisen ja toisen sukupolven LCT-kehityksen jälkeen LCT-järjestelmä lanseerattiin Alphasatissa heinäkuussa 2013. Sentinel-1A-satelliitin LCT-järjestelmä integroitiin onnistuneesti joulukuussa 2013. Joulukuussa 2014 Sentinel 1A -satelliitti laukaistiin ja otettiin käyttöön. Marraskuussa 2014 Euroopan avaruusjärjestö ja Tesat pitivät yhteisen live-esityksen, jonka aikana tutkakuva Sentinel-1A-satelliitista lähetettiin lähes reaaliajassa Alphasatin kautta 41 700 kilometrin etäisyydelle maa-asemalle.

"Teknisesti Alphasatiin asennettujen laserviestintälaitteiden ja Eutelsat 9B:n vastaavien laitteiden välillä ei ole eroa. Alphasat osoitti tekniset valmiudet Eutelsat 9 B -satelliitin EDRS-järjestelmä on Airbus Defense and Spacen kaupallinen palvelu. Maan havainnointisatelliitilla on tyypillisesti 10 minuuttia aikaa ottaa yhteyttä maa-asemaan ja 90 minuuttia kiertää maata. Tämä tarkoittaa, että voit käyttää vain 10% avaruudesta ja hätätapauksessa tai luonnonkatastrofi Liian paljon aikaa kuluu odotellessa yhteyttä maahavaintoasemaan. Nyt tarkkailemalla merialuksilla Voit esimerkiksi havaita ongelman 15 minuutissa" , sanoo Mathias Motsigemba.

Tuotelinjan avainelementti on LCT-135 (135 mm:n teleskooppi) GEO/LEO-satelliittien väliseen linkkiin. Edellisen mallin LCT-125 tapaan laite yhdistää yhteen yksikköön kaikki päätelaitteen optiset, mekaaniset ja sähköiset osamoduulit, kuten virranjakelujärjestelmän, sisäisen prosessorin, seuranta- ja tiedonkeruumoduulit sekä tietojenkäsittelyjärjestelmän. . Satelliitin AOCS-antureiden tiedot siirretään helposti LCT:hen standardi käyttöliittymä– LIAU (Laser Interface Adaptation Unit).

LCT-parametrit:

• Toimintasäde - 45 000 km.
• Paino: 53 kg.
• Tiedonsiirtonopeus (full duplex):
  EDRS:lle – 1,8 Gbit/s, muille tehtäville – 5,65 Gbit/s.
• Lähetysteho: 2,2W
• Suurin virrankulutus: 160W
• Mitat: 0,6 x 0,6 x 0,7 m.

Tässä luvussa käsitellään laserviestintäverkkotekniikkaa sekä sen etuja, kuten kustannustehokkuutta; alhaiset käyttökustannukset; digitaalisen viestinnän korkea suorituskyky ja laatu sekä nopea käyttöönotto ja verkon kokoonpanon muutos.

Laserlaitteet voivat lähettää mitä tahansa verkkovirta, joka toimitetaan heille valokuitua tai kuparikaapelia käyttäen eteen- ja taaksepäin. Lähetin muuntaa sähköiset signaalit moduloiduksi lasersäteilyksi infrapuna-alueella, jonka aallonpituus on 820 nm ja teho jopa 40 mW. Laserviestintä käyttää ilmakehää leviämisvälineenä. Sitten lasersäde osuu vastaanottimeen, jonka suurin herkkyys on säteilyn aallonpituusalueella. Vastaanotin muuntaa lasersäteilyn käytetyn sähköisen tai optisen liitännän signaaleiksi. Näin viestintä tapahtuu laserjärjestelmien avulla.

Optisella alueella on monia tunnusomaisia ​​piirteitä ja se mahdollistaa lyhyen aallonpituutensa ansiosta saavuttaa korkean säteilyn suuntaavuuden, pienentää merkittävästi antennijärjestelmien kokoa, muodostaa erittäin kapeita lasersäteitä ja saavuttaa korkean sähkömagneettisen säteilyn pitoisuuden avaruudessa.

Siirrettäessä tietoa moduloiduilla sähkömagneettisilla aalloilla on välttämätöntä, että modulaatiotaajuus on 10...100 kertaa pienempi kuin kantoaaltotaajuus. Lisäksi modulaatiotaajuudet vievät tietyn taajuuskaistan, ja sen leveys määräytyy aikayksikköä kohti lähetetyn tiedon määrän mukaan. Esimerkiksi lennätintekstin siirto edellyttää 10 Hz:n taajuuskaistaa ja televisiokuvassa 107 Hz:n taajuuskaistaa ja vähintään 108 Hz:n kantoaaltotaajuutta. Radioalue kattaa taajuuskaistan 104…108 Hz ja on täysin masteroitu. Viestintäkanavan informaatiokapasiteetti mikroaaltoalueella (109...1012 Hz) on suurempi, mutta mikroaaltosäteilyn ilmakehässä leviämisen ominaisuuksista johtuen mikroaaltoasemien välinen viestintä on mahdollista vain näköetäisyydellä. Optisella alueella vain näkyvä alue varaa taajuuskaistan 41014 - 1015 Hz. Lasersäteellä on teoriassa mahdollista lähettää 1015/107 = 108 televisiokanavaa, mikä on useita suuruusluokkaa nykytarpeita enemmän, eli 1013 puhelinkeskustelua. Yksi eduista siis optiset linjat viestintä on kyky siirtää suuria määriä tietoa erittäin leveän taajuuskaistan ansiosta. Optisen alueen hallinta: laservalonlähteiden, herkkien puolijohteisten optisen säteilyn vastaanottimien luominen ja pienihäviöisten kuitu-LEDien kehittäminen avaa uusia mahdollisuuksia viestintäjärjestelmien luomiseen.

Optinen kantama avaa mahdollisuuden luoda tieto- ja ohjausjärjestelmiä, joiden ominaisuudet ovat pohjimmiltaan saavuttamattomia radioalueella. Tähän mennessä erilaisia ​​maa-, ilmailu- ja avaruusjärjestelmiä optiseen viestintään, laseretäisyydelle, laserjärjestelmät luonnonympäristön ilmailu- ja avaruusseurantaan, ilmatiedustelujärjestelmät, liikkuvien esineiden törmäyksenestojärjestelmät, laserjärjestelmät avaruusalusten telakointiin, laserohjaus ja laser aseiden ohjausjärjestelmiä on kehitetty.

Lasertietojärjestelmien sekä yleisesti ottaen optisten tiedonsiirto- ja käsittelymenetelmien mahdollisuudet ovat erittäin suuret. Monissa ongelmissa vain kvanttiefektit rajoittavat saavutettavia maksimiominaisuuksia. Todellisuudessa optisen alueen mahdollisia ominaisuuksia ei kuitenkaan aina voida tehokkaasti toteuttaa käytännössä. Tähän on monia syitä.

Todellisten laserjärjestelmien suorituskykyominaisuuksiin vaikuttavat suuresti lasersäteilyn lähteiden väistämättömät vaihtelut ja satunnaiset parametrien muutokset tietoprosesseja, erilaisten häiriöiden vaikutukset, valontunnistustoiminnon todennäköisyys. monet tietojärjestelmät optinen alue rakennetaan käyttämällä avointa (useimmiten ilmakehän) kanavaa. Lasersäteilyssä ilmakehän kanava on kanava, jossa on satunnaisesti epähomogeeninen etenemisväliaine. Ilmakehän kaasujen aiheuttaman optisen säteilyn absorption vaikutukset, molekyyli- ja aerosolisironta, tila-ajallisen rakenteen vääristymät ja lasersäteilyn koherenssin häiriöt – kaikki tämä vaikuttaa huomattavasti energiapotentiaaliin, informaatiosignaalin käsittelyn periaatteisiin ja kantamaan toiminnasta luotuja järjestelmiä. Kaikki luetellut ominaisuudet osoittavat, että lasertietojärjestelmien analysointia ja niiden mahdollisten ja todellisuudessa saavutettavissa olevien ominaisuuksien arviointia ei voida suorittaa ilman todennäköisyystutkimusta informaatiosignaalien rakenteesta ja häiriöistä.

Tähän mennessä eri laserjärjestelmien todennäköisyysanalyysistä on kertynyt lukuisia tuloksia. Useimmat näistä tuloksista näyttävät kuitenkin olevan hyvin erilaisia, ne eivät perustu yhtenäiseen lähestymistapaan ja niitä on melko vaikea käyttää käytännön ongelmissa. Tarve tehdä yksityiskohtaisia ​​lisätutkimuksia signaalien todennäköisyysrakenteesta, häiriöistä ja yleensä radiooptiikan tietoprosesseista liittyy tarpeeseen parantaa matemaattisia malleja, ratkaista signaalien ja järjestelmien rakenteen optimointiongelmia sekä kehittää uusia lupaavia algoritmeja. tiedon lähettämiseen, vastaanottamiseen, muuntamiseen ja käsittelyyn optisissa tietojärjestelmissä.

Laserviestintä on vaihtoehto radio-, kaapeli- ja valokuituviestinnälle. Laserjärjestelmät mahdollistavat viestintäkanavan luomisen kahden enintään 1,2 km:n etäisyydellä toisistaan ​​sijaitsevan rakennuksen välille ja siirtävät puhelinliikennettä (nopeus 2-34 Mbit/s), dataa (nopeus jopa 155 Mbit/s). ) tai niiden yhdistelmä. Toisin kuin langattomat radiojärjestelmät, laserviestintäjärjestelmät tarjoavat korkean kohinansietokyvyn ja lähetyssalaisuuden, koska luvaton pääsy tietoihin voidaan saada vain suoraan lähetin-vastaanottimesta.

Yritys, joka käyttää laserviestintää luodakseen pää- (vara) lyhyen kantaman viestintäkanavan, ei vain pääse eroon tarpeesta luoda uusia langallinen viestintä, mutta myös tarpeesta saada lupa käyttää radiotaajuutta. Lisäksi tehokkaan viestintäkanavan järjestämisen alhaiset kustannukset sekä sen käyttöönoton lyhyt aika takaavat nopean sijoitetun pääoman tuoton. Siten laserlaitteiden laajat mahdollisuudet ja kiistattomat edut tekevät sen käytöstä parhaan ratkaisun luotettavan viestintäkanavan järjestämiseen kahden rakennuksen välille.