Том 35, номер 10, статья № 1

Аннотация:

Рассматривается модель атмосферного канала оптической связи на рассеянном излучении между земной поверхностью и беспилотным летательным аппаратом (БПЛА). Методом Монте-Карло оценивается, как меняются ослабление полезного сигнала, минимальная энергия в импульсе источника, обеспечивающая устойчивую связь, и максимальная скорость передачи информации в зависимости от оптико-геометрических условий формирования канала связи. На основе полученных результатов сформулированы рекомендации для выбора оптимальных конфигураций систем оптической связи на рассеянном излучении с БПЛА.

Ключевые слова:

атмосфера, рассеянное лазерное излучение, оптическая связь на рассеянном излучении, видимый и УФ диапазоны длин волн, беспилотный летательный аппарат

Иллюстрации:

Список литературы:

1. Zhanwei Liu, Yiwen Huang, Haigang Liu, Xianfeng Chen. Non-line-of-sight optical communication based on orbital angular momentum // Opt. Lett. 2021. V. 46. P. 5112–5115.
2. Hamza A., Deogun J.S., Alexander D. Classification framework for free space optical communication links and systems // IEEE Commun. Sur. & Tutorials. 2019. V. 21, N 2. P. 1346–1382. DOI: 10.1109/COMST.2018.2876805.
3. Arya S., Chung Y.H. Novel Optical scattering-based V2V communications with experimental analysis // IEEE Trans. Intel. Transportation Syst. 2022. P. 1–15. DOI: 10.1109/TITS.2022.3145437.
4. Drost R.J., Sadler B.M. Survey of ultraviolet non-line-of-sight communications // Semicond. Sci. Technol. 2014. V. 29, N 8. 11 p. DOI: 10.1088/0268-1242/29/8/084006.
5. Dautov K., Kalikulov N., Kizilirmak R.C. The impact of various weather conditions on vertical FSO links // 2017 IEEE 11th Intern. Conf. Application of Information and Communication Technologies (AICT), 2017. P. 1–4. DOI: 10.1109/ICAICT.2017.8687029.
6. Fawaz W., Abou-Rjeily C., Assi C. UAV-Aided Cooperation for FSO communication systems // IEEE Commun. Magazine. 2018. V. 56, N 1. P. 70–75. DOI: 10.1109/MCOM.2017.1700320.
7. Mondal A., Hossain A. Channel characterization and performance analysis of unmanned aerial vehicle-operated communication system with multihop radio frequency–free-space optical link in dynamic environment // Int. J. Commun. Syst. 2020. V. 33, N 8. P. e4568. DOI: 10.1002/dac.4568.
8. Dabiri M.T., Sadough S.M.S., Ansari I.S. Tractable optical channel modeling between UAVs // IEEE Trans. Veh. Technol. 2019. V. 68, N 12. P. 11543–11550. DOI: 10.1109/TVT.2019.2940226.
9. Li M., Hong Y., Zeng C., Song Y., Zhang X. Investigation on the UAV-to-satellite optical communication systems // IEEE J. Select. Areas Commun. 2018. V. 36, N 9. P. 2128–2138. DOI: 10.1109/JSAC.2018.2864419.
10. Mohorcic M., Fortuna C., Vilhar A., Horwath J. Evaluation of wavelength requirements for stratospheric optical transport networks // J. Commun. 2009. V. 4. P. 588–596. DOI: 10.4304/jcm.4.8.588-596.
11. Абрамочкин В.Н., Белов В.В., Гриднев Ю.В., Кудрявцев А.Н., Тарасенков М.В., Федосов А.В. Оптико-электронная связь в атмосфере на рассеянном лазерном излучении. Полевые эксперименты // Светотехника. 2017. № 4. С. 24–30.
12. Belov V.V., Juwiler I., Blaunstein N., Tarasenkov M.V., Poznakharev E.S. NLOS communication: Theory and experiments in the atmosphere and underwater // Atmosphere. 2020. V. 11. P. 1122. DOI: 10.3390/atmos11101122.
13. Белов В.В., Тарасенков М.В. Три алгоритма статистического моделирования в задачах оптической связи на рассеянном излучении и бистатического зондирования // Оптика атмосф. и океана. 2016. Т. 29, № 5. С. 397–403; Belov V.V., Tarasenkov M.V. Three algorithms of statistical modeling in problems of optical communication on scattered radiation and bistatic sensing // Atmos. Ocean. Opt. 2016. V. 29, N 5. P. 533–540.
14. Tarasenkov M.V., Belov V.V., Poznakharev E.S. Estimation of optimal wavelengths for atmospheric non-line-of-sight optical communication in the UV range of the spectrum in daytime and at night for baseline distances from 50 m to 50 km // J. Opt. Soc. Am. A. 2022. V. 39. P. 177–188.
15. Jupeng Ding, Hongye Mei, Chih-Lin I., Hui Zhang, Wenwen Liu. Frontier progress of unmanned aerial vehicles optical wireless technologies // Sensors. 2020. V. 20, N 19. P. 5476. DOI: 10.3390/s20195476.
16. Tadayyoni H., Uysal M. Ultraviolet communications for ground-to-air links // 27th Signal Proc. SIU, 2019. P. 1–4. DOI: 10.1109/SIU.2019.8806490.
17. Reilly D.M. Atmospheric optical communications in the middle ultraviolet. Thesis. M.S. Massachusetts Institute of Technology, 1976. P. 23–31.
18. Voigt S., Orphal J., Bogumil K., Burrows J.P. The temperature dependence (203–293 K) of the absorption cross-sections of O₃ in the 230–850 nm region measured by Fourier-transform spectroscopy // J. Photochem. Photobiol. A: Chemistry. 2001. V. 143, N 1. P. 1–9. DOI: 10.1016/S1010-6030(01)00480-4.
19. General Information // HITRAN. Cambridge, 2022. URL: hitran.iao.ru (last access: 26.03.2022).
20. Kneizys F.X., Robertson D.C., Abreu L.W., Acharya P., Anderson G.P., Rothman L.S., Chetwynd J.H., Selby J.E.A., Shettle E.P., Gallery W.O., Berk A., Clough S.A., Bernstein L.S. The MODTRAN 2/3 Report and LOWTRAN 7 Model. USA: Air Force Geophysics Laboratory, 1996. 261 p.
21. KATOD. Новосибирск, 2022. URL: https://katodnv.com (дата обращения: 26.03.2022).
22. Ding H., Chen G., Majumdar A.K., Sadler B.M., Xu Z. Modeling of non-line-of-sight ultraviolet scattering channels for communication // IEEE J. Select. Areas Commun. 2009. V. 27, N 9. P. 1535–1544.
23. Соболева Н.А., Меламид А.Е. Фотоэлектронные приборы. М.: Высшая школа, 1974. 376 с.
24. Васильев А.Ф., Чмутин А.М. Фотоэлектрические приемники излучения. В.: ВГУ, 2010. 81 с.
25. Чечик Н.О., Файнштейн С.М., Лифшиц Т.М. Электронные умножители / под ред. Д.В. Зернова. М.: ГИТТЛ, 1957. 576 с.
26. Марчук Г.И., Михайлов Г.А., Назаралиев М.А., Дарбинян Р.А., Каргин Б.А., Елепов Б.С. Метод Монте-Карло в атмосферной оптике. Новосибирск: Наука, 1976. 284 с.
27. Yu Sun, Yafeng Zhan. Closed-form impulse response model of non-line-of-sight single-scatter propagation // J. Opt. Soc. Am. A. 2016. V. 33. P. 752–757.
28. International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection. Guidelines on limits of exposure to ultraviolet radiation of wavelengths between 180 nm and 400 nm (incoherent optical radiation) // Health Phys. 2004. V. 87. P. 171–186.