日盲紫外光通信系统的信号检测技术分析

凌云

摘 要：日盲紫外光通信是当今的一种新兴的先进通信技术，相比较普通的通信系统来看，日盲紫外光通信系统的主要优势是通信非视距离、全方位、低窃听和高灵活性等，可有效满足飞机、军舰等的保密通信需求。随着该通信系统在军事领域中的应用和发展，其信号检测技术也开始越来越受到人们的重视。基于此，文章便对其信号检测技术进行分析，以此来促进该系统的良好应用与发展。

关键词：日盲紫外光;通信系统;信号检测技术

0 引言

因为紫外线的主要传播方式是散射，且其传播的途径也非常有限，故其应用难度也比较大，但是因为日盲紫外光通信系统具有良好的绕过障碍物能力，所以该通信系统在近距离的通信环境中十分适用，且具备良好的抗干扰性能。具体应用中，借助于有效的信号检测技术，可以对信号进行预处理、鉴别以及解调操作，这样便可实现其通信距离的进一步提升，发挥出更加充分的技术优势。

1 紫外光主要传输特征分析

第一，因为200 nm以内的紫外光会被氧气全部吸收，所以此类紫外光达不到地球表面。第二，因为250 nm以内的紫外光会在臭氧层的强烈吸引下出现大幅度衰减情况，所以这种紫外光几乎不能够在地球表面上检测到，这也就是我们所说的日盲紫外光。第三，因为300 nm以内的紫外光具有十分有限的穿透能力，所以并不适合在长距离通信中用作载体，但是在局部的无线通信中十分适用。第四，300～400 nm的近紫外光穿过大气层的数量很多，因为其传播中的散射作用十分强烈，所以在整个的地球表面将达到均匀分布效果[1]。

2 日盲紫外光通信系统信号检测技术的应用现状分析

在日盲紫外光通信系统的应用过程中，因为紫外光十分微弱，所以为有效检测到紫外光，需要将紫外光探测器用作通信接收机中的一项重要组成器件。该探测器的主要功能是对日盲紫外光信号进行采集，并将其转化成电信号形式。在日盲紫外光通信系统的信号检测过程中，理想的紫外光探测器需要具备足够高的探测面积、足够高的透过率、足够宽的带宽以及足够低的日盲功能和暗电流密度。而日盲这一功能的主要要求则是探测器光阴极对于300 nm以上波长的光谱不敏感。

就目前来看，紫外探测器大多是对紫外辐射足够敏感的光电倍增管和以内光电效应为基础的半导体探测器。地域紫外光散射通信，其光电探测器应该选择具备日盲这一功能的紫外光电倍增管。通过分离光子所产生的电脉冲分析来测量其光量。在光电倍增管中，增益因子的二次发射量可以达到107，这些增益因子对于单个光子能量都有着十分灵敏的反应，速度极高，可通过电子计数法对入射光子数量进行有效检测。这样的方式可以让光强极弱、通量极小的光被检测到[2]。随着日盲紫外光检测技术的不断发展，该探测器在微弱的紫外光检测以及快速脉冲弱光信号的检测中都得到了广泛应用，且发挥出的作用也十分显著。

3 日盲紫外光通信系统的信号检测技术分析

3.1  日盲紫外光通信系统的总体结构分析

相比较直视空间中其他形式的光通信系统而言，日盲紫外光通信系统为散射通信。因此，该系统就和其他光通信系统存在很大的不同。首先，日盲紫外光信号具有散射特征，所以其接收装置所接收到的日盲紫外光信号来源方向并不固定，具有全向性。其次，从散射光源发射器中所发射出的紫外光具有日盲波长，由于此类紫外光受臭氧层的吸收十分强烈，该普段对于对流层中的太阳背景噪声在10～13 W/m2以内，比可见光以及近紫外光低很多。基于此，该系统主要借助于日盲紫外光接收机对日盲紫外光进行接收，以此来获得具有较高信噪比的日盲紫外光信号。

3.2  模拟信号解调分析

在日盲紫外光通信系统信号检测技术的具体应用中，如果紫外光源属于低压汞灯，因其有着非常大的发光功率，使其被检测到的紫外光也比较强，每秒钟所包含的发射光子也有很多个。而这样的情况也就充分显示出了紫外光的连续性特征，可借助于合理的光电探测器，检测到具有连续性的日盲紫外光。事实证明，在应用了合理的光电探测器之后，检测到的日盲紫外光具有良好的连续性，且这种连续性的日盲紫外光可以通过探测器上连接的直流电表直接进行测量。通常情况下，日盲紫外光测量都属于模拟量测量情况，在很多个光子共同入射进PMT光电倍增管的阴极之后，在其阴极中也会同时有很多的光电子释放出来。在此过程中，PMT光电倍增管所输出的信号并不属于离散性的脉冲信号，而是电流或者是电压形式的模拟量信号[3]。在通过该方法进行日盲紫外光信号的检测过程中，可通過锁相环技术以及取样积分技术将信号从噪声里提取出来。其主要解调流程为：①光电转换和放大处理;②滤波处理;③放大整形处理;④通过锁相环进行频段鉴别;⑤通过输出接口进行处理。

3.3  光子计数器解调分析

在光非常微弱的情况下，光信号所表现出的光量子性就会十分显著，在光电倍增管中，入射进来的光是一个个并不具备连续性的光子，所以光电倍增管所输出的也是一个个离散形式的脉冲电信号。在这样的条件下，取样积分技术以及锁相环技术都将无法正常应用。在这样的情况下，光子计数技术便可以克服以上的各种困难，对光信号实现有效的解调处理，以此来实现信号的准确检测和获取。光子计数技术所应用的是超微弱光所具备的量子性，可作为日盲紫外光通信系统中的信号检测工具，以此来保障系统的信号检测效果，提升系统的应用性能。该技术的主要应用原理是对单个光子从光电倍增管内所激发出的光电子脉冲进行分辨，并通过数字化技术在噪声中对光信号进行提取。该技术对日盲紫外光的探测灵敏度极高，分辨率极高，且在长时间内具备良好的稳定性。但是，该技术仅仅可以对日盲紫外光形式的微弱光以及超微弱光进行功率测量，并不能对有着多个光子的光脉冲进行功率测量。

具体解调过程中，因为日盲紫外光的光源不同，所以可通过不同的方式来进行光信号的解调处理，以此来达到良好的信息检测效果。如果日盲紫外光的光源是紫外LED，因为当今的紫外光器件方面原因，通常情况下，日盲紫外光LED都是毫瓦级别，其中发出的日盲紫外光也十分微弱。在对此类紫外光信号进行检测的过程中，技术人员可借助于光电倍增管中的光子计数器模式来进行检测，以此来实现日盲紫外光信号的有效解调处理，其解调流程如下：    ①通过光电倍增管进行日盲紫外光的接收和放大处理;  ②通过甄别放大器进行信息的甄别与放大处理;③快速脉冲整形处理;④通过积分电路进行处理;⑤通过软件计数等的处理器进行处理。

将LED作为日盲紫外光通信系统的信号检测光源，因为其功率比较小，所以其传输距离受到了一定程度的限制。在该系统中，主要借助于软件计数的方法来进行日盲紫外光信号的解调处理，这种解调方法和鉴幅方法类似。但是该方法仅仅适用于近距离的日盲紫外光信号检测，如果距离较远，在紫外光的折射、反射以及散射等的干扰条件下，将会对信号解调造成很大程度的不利影响，导致误码率上升，距离越远，解调误差也就越大。

如果将低压汞灯作为日盲紫外光通信系统的信号检测光源，因低压汞灯有着比较高的功率，所以其调制的线性度会比LED差一些[4]。在这样的情况下，空间日盲紫外光调制信号在通过视野采集器、光电倍增管以及滤光片等设备和器件接收并转换成了电信号之后，因光电倍增管的光电转换率非常高，所以其输出端将会获得驅动形式的低压汞灯发光时形成的瞬态电流波形信号，这个信号的主要组成部分是调制端的数字信息，借助于锁相环解调法可以使其还原。在通过该方法进行日盲紫外光信号的解调过程中，如果低压汞灯工作频率发生变化，发光强度便会随之变化，但是这种情况只有在调光输入端出现较低频率数字调制信号的情况下才较为显著，如果将其频率提高，这种情况也不再显著，所以在具体应用中，接收器应用的是鉴频接收器，而不是鉴幅接收器。

4 结语

综上所述，在日盲紫外光通信系统的应用过程中，其信号检测技术依然处在发展阶段，但是借助于LED或者是汞灯等的这些信号检测光源，也可以进行信号检测研究原型的初步搭建，让日盲紫外光信号得到有效的解调处理，以此来达到良好的信号检测效果。相信随着科学技术的不断发展，将会有越来越多的日盲紫外光通信系统信号检测技术出现，为该系统的应用和发展提供足具科学性的技术支撑。

[参考文献]

[1]赵太飞，李永明，许杉，等.军车隐秘编队的无线紫外光通信最优多跳中继研究[J].电子与信息学报，2020（11）：2636-2642.

[2]刘龙飞.无线紫外光散射通信中码间干扰抑制方法研究[D].西安：西安理工大学，2019.

[3]孟令超.LDPC码在紫外光通信中的应用研究[D].北京：北京邮电大学，2019.

[4]秦恒.紫外光MIMO通信系统关键技术研究[D].北京：北京邮电大学，2018.

（编辑 王永超）