专利名称：信号的瞬时传递方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及通信领域，尤其涉及以光的方式实现信号瞬时传递的方法及系统。
背景技术：
我们知道，现代无线通讯技术是利用电磁波来传递信息的。我们将音频信 号和视频信号用调制器加载到无线电波上，使无线电波成为有实际内容的调制 波。无线电波就成了信息传递的载波，在异地的无线电接收装置收到载有信息 内容的无线电波后，将信号还原，这样就实现了信息的异地传送。这种利用无 线电波进行信息传递的方法都存在着一个问题，那就是无线电波传播的速度是有限的，无线电波和光的传播的速度是一样，为30万公里/秒。当我们进行远距 离信息传递时就会出现信号延时的现象。例如月球离地球有38万公里，光由月 球到达地球需要1.27秒。而火星离地球最近距离有12830万公里，最远距离有 42730万公里，光信号由火星到达地球最短要427秒，最长要1424秒。也就是 说当我们与火星进行无线电通讯进有7.12—23.74分钟的信号延时。这样长的信 号延时，对通讯过程将产生巨大的障碍。随着航天技术的发展，人类已实现了载人登月和探测器在火星的软着陆。 我国也于2007年10月24日成功发射了常娥探月卫星，实现了绕月探测。早在 1969年美国的阿波罗登月工程，第一次将人类送上月球；同时美国的机遇号和 勇气号火星探测器以及欧洲的火星快车都已成功地实现了火星表面的软着陆。 在未来的太空计划中，在月球和火星上建立永久性的太空基地己成为未来发展 的目标。在可预见的未来，实现上述目标在技术上是完全可行的。但是，当我 们将宇航员送上火星时，我们就会发现与火星上的宇航员进行对话将是一件非 常困难的事。为了探索新的通讯技术，本申请人于2001年做了一项实验用一个发光二 极管为光源，将其安装在一个牙医用的高速涡轮机上，当涡轮机转动时，发光二极管就随涡轮机高速旋转，在远离光源处架设一望远镜观测光源的变化，如 果光源在高速转动时发生了位移，说明光源在高速旋转时光线发生了弯曲。但 实验结果表明，无论光源处在静止时还是处在高速旋转时，发光源始终没有任 何的位移现象。因此，我们可以断定光线不会因光源的旋转而发生弯曲。根据 这一实验结果申请人得出了光束转角不变的原理。光束转角不变的原理文字表 达为光束的转角与观测点至发光点的距离无关，与光源的角速度无关，光束 的转角与光源的转角相同，光束的转动与光源同步。光束转角不变的原理是一种普遍的自然现象，它和光的直线传播原理、光 的反射原理、光的折射原理都是光传播的普遍规律，在自然界里是普遍存在的。 例如我们用探照灯来寻找目标时，探照灯的光束始终和探照灯同步转动的，不 论目标有多远，不论目标移动有多快，光束在空间所扫过的角度和探照灯所转 过的角度是相同的。在天文观测中也有类似的现象，当中子星发出的无线电波 束扫过地球时，地球上的观测点就会接收到频率极为精确的无线电脉冲信号。 如果说中子星发出的无线电波束与中子星的自转是相同的话，那么，中子星发 出的无线电波束与中子星的转角也是相同的。也就是说当中子星旋转一周，中 子星发出的无线电波束就扫过地球一次，中子星的自转周期也就是地球接收到 的该星发出的无线电波信号脉冲的周期。光束转角不变的原理在中子星的观测 中得到很好的诠释。根据旋转光源实验和中子星的观测，证明光束转角不变的 原理是成立的。根据光束转角不变的原理，我们就可以推理出这样一个结论，那就是不论 中子星离地球有多远，我们都可以知道中子星实时的相位角。在图l中，P为脉冲信号的强弱，t为时间坐标，T为脉冲信号的周期，At 为脉冲信号持续的时间。在图2中，中子星标号为41，地球标号为21，设中子星41的无线电波束 的发射极为0。角，a为中子星41无线电波束散射角，当中子星41的无线电波 束扫过地球21时，地球21上的无线电接收装置就会收到一个脉冲信号。图3是中子星发出的脉冲信号与中子星的相位关系图。当我们确定了中子 星发出的脉冲信号的时间坐标后，就能马上知道该中子星的相位角，设中子星的无线电波束的发射角为0。角，发射极的时间坐标就是At/2，将该点定为a点 的话，脉冲信号1/4处就是中子星发射极与地球的夹角为90° (b)脉冲信号1/2 处就是中子发射极与地球的夹角为180° (c)脉冲信号3/4处就是中子星发射 极与地球的夹角为270° (d)，依此类推我们就可知道中子星实时的相位角。根 据以上分析，我们就得出了这样的结论不论中子星离地球多远，只要我们测 出该星的脉冲信号的时间坐标和信号周期，我们就能马上知道该星实时的相位 角，同时还可知道该星无线电波束的散射角。中子星的相位角与脉冲信号关系的数学表达式为a x= (tx-to) /TX360°a x是任意时刻脉冲信号的时间坐标，to是中子星发射极正对地球时确定的 时间坐标，T是脉冲信号的周期。to是根据脉冲信号持续时间At来确定的，即 At/2，就是脉冲信持续时间一半的时间坐标。中子星无线电波散射角与脉冲信号的关系为a = At/TX360°根据以上分析我们可以得知只要我们测出中子星无线电波的脉冲周期，就 能马上知道中子星的相位角。这种超越光速的信号传递方式是根据多年来各国 天文学家实际观测的结果。因此，信号的瞬时传递是存在的。发明内容本发明的目的是提供一种信号瞬时传递方法及系统，解决现有技术中远距 离信号传递延时的问题。上述目的由以下技术方案实现一种信号瞬时传递方法，包括(1)提供在其之间可以形成连续不间断光 束通路的光源及光接收装置；(2)提供一可以使得所述光源的光束照射在所述 光接收装置上或偏离出所述光接收装置以外的驱动装置；(3)利用被传递信号 控制所述驱动装置，约定光源光束照射在光接收装置上代表数字信号"1",光 源光束偏离出光接收装置以外代表数字信号"0"，或者约定光源光束照射在光 接收装置上代表数字信号"0"，光源光束偏离出光接收装置以外代表数字信号"1"; (4)光接收装置根据照射在其上及偏离于其以外的光束信号，获取被传 递信号的内容。基于上述信号瞬时传递方法，本发明还提供了一种信号瞬时传递系统，包 括信号供给部分、光束信号通讯接口及信号接收部分，所述光束信号通讯接口 包括激光源、激光源光束转角驱动装置及光接收器，所述信号供给部分提供被 传送的信号，所述信号供给部分与激光源光束转角驱动装置电性连接，利用被 传输信号控制激光源光束转角驱动装置的动作，激光源光束转角驱动装置与激 光源机械式连接，驱动激光源摆动，所述光接收器设置的位置使得激光源摆动 到某一角度时激光束照射在光接收器上，而激光源摆动到另一角度时激光束偏 离出光接收器以外，光接收器将照射于其上的激光束及偏离于其以外的激光束 信号转换为电信号，提供给信号接收部分处理及使用。本发明基于光束转角不变的原理中光束的转动与光源同步的特性，利用光 束的摆动来传递信息，不论两点间的距离有多远，只要光接收装置与激光源间 建立起一个连续不间断的光束通路，信息的交换都是同步的。本发明解决了现 有技术中远距离信号传递延时的问题，为星际间的实时通迅联系提供了技术保 障。
图l为中子星产生的无线电波的脉冲信号波形图； 图2为中子星无线电波束散射角扫过地球时的示意图； 图3为中子星发出的脉冲信号与中子星的相位关系图； 图4为旋转式激光源光束散射角扫过光接收器的示意图； 图5为摆动式激光源光束照射在光接收器上的示意图； 图6为摆动式激光源光束照射在光接收器以外的示意图； 图7及图8为电磁铁控制激光源在两个位置之间摆动的示意图； 图9为本发明提供的信号瞬时传递系统在激光束偏离光接收器时的状态的 示意图；图10为本发明提供的信号瞬时传递系统在激光束正对光接收器时的状态的示意图；图11为本发明提供的地球与火星间进行信号瞬时传递的方案图。附图标号说明1.激光源，2.光接收器，3.电磁铁，21.地球，22.地球 同步卫星，31.火星，32.火星同步卫星，41.中子星，91.拾音器，92.摄像机， 93.调制器，94.第一放大器，95.解码器，96.第二放大器，97.扬声器，98.显 示器，100.激光束。
具体实施方式
如图4所示，我们将一个激光源1安装在一个转动盘上，当光源随转盘转 动时，在离光源甚远的光接收器2上就会收到一个与光源自转周期相同的脉冲 信号。光源旋转一周，光接收器2就接收到一个脉冲信号；激光源l转得快， 脉冲信号的周期就短。激光源1的转动与脉冲信号是同步的，这和中子星的脉 冲原理是一样的。由于中子星的脉冲信号是没有意义的物理学信号，并无实质 的内容，要使这些无意义的脉冲信号具有实质内容，我们就必须对信号进行约 定。脉冲信号存在两种态，即有信号态和无信号态。如果我们将激光源1正对 光接收器2的态定为"1"，激光源1偏离光接收器2的态定为"0"的话，那么， 这些脉冲信号就成了由"1"和"0"所结成的数字信号。我们知道现有的数码技术可以将声音、图像调制成数码信号，这些数码信 号通过无线电载波向异地传送，当接收器收到这些数码信号后，经解码器解码， 这些由"1、 0"所组成的数码信号就还原成人们可以识别的声音和图像。旋转 光源发出的脉冲信号具备了可编码的基本要求。因此，用激光束的摆动来传送 数码信号是完全可能的。用激光束摆动来传递数码信号的原理如下将一个激光光源安装在一个可以任意摆动的支架上，当激光束正对光接收器时，光接收 器就处在有激光信号的状态，当激光束偏离接收时，光接收器就处在无激光信号的状态，如图5及图6所示。当我们无意识地任意摆动支架时，光接收器就收到无意义的数码信号，如 果支架的摆动是有控制的摆动话，支架就必须受到控制。如果我们在支架上安 装一个电磁铁的话，支架的摆动就会在电磁铁的控制下摆动，如图7及图8所不。当开关关闭时，支架处于"o"位，当开关导通时电磁铁吸合，支架处于"r 位。开关的导通和关闭就会驱动支架的摆动，使支架处于"i"或"o"的位置， 如果将电磁铁与调制器连接的话，开关的导通和关闭在调制器的控制下工作， 支架的摆动就在调制器的控制下摆动，调制器发出的数码信号控制电磁铁动作， 电磁铁驱动支架摆动，如果将激光器安装在支架上，激光器发出的激光束就会 与支架一起摆动，这样激光束摆动的信号就是调制器发出的数码信号。光接收 器设置的位置使得激光源摆动到某一角度时激光束照射在光接收器上，而激光 源摆动到另一角度时激光束偏离出光接收器以外，即光接收器会收到与调制器 相同的数码信号，将数码信号经解码器解码还原，就可再现调制前的信号内容。基于上述信号瞬时传递方法，本实施例提供一种信号瞬时传递系统。如图9 及图io所示，信号瞬时传递系统包括信号供给部分、光束信号通讯接口及信号接收部分，所述信号供给部分包括信号采集装置、调制器93、第一放大器94， 本实施例中所述信号采集装置具体包括拾音器91和摄像机92;所述光束信号通 讯接口包括激光源l、激光源光束转角驱动装置及光接收器2，本实施例中所述 激光源光束转角驱动装置具体包括电磁铁3和支架(本实施例中即为激光源1 的外壳，所以未标号)；所述信号接收部分包括解码器95、第二放大器96及信 号输出装置，本实施例中所述信号输出装置具体包括扬声器97及显示器98。其 中，拾音器91、摄相机92采集声音和图像，将声音和图像转变成音频信号和视 频信号；调制器93将音频信号和视频信号转换成数码信号，数码信号由第一放 大器94放大后来驱动电磁铁3，电磁铁3的驱动端与激光源支架连接，电磁铁 3的吸合及分离转变成支架的摆动，支架的摆动带动激光源1的激光束的摆动， 激光束的摆动实现信号的瞬时传递，光接收器2根据接收到的光信号将其转换 为由"1"、 "0"组成的数码信号，信号经解码器95解码后，就还原成了音频信 号和视频信号，音频信号和视频信号经第二放大器96放大后，再由扬声器97 和显示器98输出，使音频信号和视频信号转换成声音和图像。本发明提供的信号瞬时传递方法及系统与现有通讯技术的区别在于现有 技术是靠电磁波的传播来实现信号的传递，信号的传递速度与电磁波的传波的速度是相同的，因此在信号的传递过程中存在着信号的延时；而本发明提供的 信号瞬时传递方法及系统是利用光束的摆动来传递信息的，只要事先将激光束 对准光接收器，使激光发射器和激光接收器之间建立起一个不间断的光束通道， 根据光束转角不变的原理，光束的转动与光源的转动是同步的，因此信号的传 递是瞬时完成的。信号瞬时传递的必要条件就是在发射器和接收器之间建立一个连续不间断 的光束通道，当发射器和接收器之间的光束通道建立后，只要光发射器摆动， 光束也就会随发射器一同摆动，信号随着光束的摆动把信息内容传递给光接收 器，实现信息的瞬时传递。在信息瞬时传递技术中，激光束的延时到达只会影 响光束通道的建立，而不会影响信息的瞬时传递。利用光束的摆动来传递信息的最大优点是可实现实时的通迅联系。对于地 球来说，最大的跨度只有2万多公里，电磁波从地球的一端传播到另一端只有 O.l秒左右的延时，因此，信号的延时对通迅过程的影响是非常小的。但是，随着航天技术的发展，星际间的实时通迅则成我们要克服的最大障 碍，利用激光束的摆动来实现星际之间的通迅联系则可解决信号延时的问题。要实现星际间实时通迅联系，我们可以通过以下方案来实现，如图11所示。在地球上发射三颗同步卫星，卫星间用光束通道相互对准，在地球建立一 个基站，基站和其中最近的一颗卫星保持微波联系；同时在火星上也发射颗同 步卫星、卫星之间也用光束通道互相对准，在火星的登陆点上建立一个基站， 基站与最近的卫星保持微波联系。当地球上的基站与同步卫星的通迅联系以及 火星上的基站与同步卫星的通迅联建立后，再将地球的同步卫星与火星的同步 卫星中相互最近的两颗相互对准建立光束通道，这样地球与火星间的实时通迅 就实现了。由于地球和火星都在自转和公转，因此，地球上的同步卫星和火星 上的同步卫星要切换光束通道来满足通迅的连续性，在同步卫星要有自动跟踪 定位系统来实现光束通道的自动切换。我们还可以通过以下方案来实现地球与火星之间的星际间实时通讯联系。 在地球的自转轴的两端，即南北极以及火星的自转轴上建立激光发射和接收装 置，并且使两个没有被地球和火星自身遮挡的激光发射器和接收装置建立起不间断的光束通道，当地球上的激光束与火星上的激光接收器以及火星的激光束 与地球上的激光接收器相互对准后，地球与火星之间的实时通迅联系即可实现。 通过以上方案我们就可以在地球与火星之间建立起实时的通迅联系，而实 现上述通迅联系的技术手段都是现有的成熟技术。因此在技术上是没有障碍的。 利用光束的摆动来传递信息的方法最关键的是在两点建立光束通道。现代的激 光技术是可以在地球和火星之间建立起一条相互对准而且又不间断的光束通 道。只要地球与火星之间的光束通道建立，那么地球与火星之间的瞬时通迅联 系就可实现。现代的激光技术在工业、农业、国防、医学、科学研究领域得到了广泛的 应用，而且已经非常成熟，例如激光测距、激光制导、激光切割、甚至可以用 强激光束摧毁远距的目标等等，因此在星际间建立一条激光通道在技术上是可 行的。而将声音和图像转换成数字信号的技术在我们身边比比皆是，如手机、MP3、 MP4、数码相机、电脑等数字转换技术已成为现代人们不可缺少的日用品， 因此，信号的编码和还原没有任何的技术障碍，信号瞬时传递技术在技术上是 可行的。
权利要求
1. 一种信号瞬时传递方法，其特征在于，包括(1)提供在其之间可以形成连续不间断光束通路的光源及光接收装置；(2)提供一可以使得所述光源的光束照射在所述光接收装置上或偏离出所述光接收装置以外的驱动装置；(3)利用被传递信号控制所述驱动装置，约定光源光束照射在光接收装置上代表数字信号“1”，光源光束偏离出光接收装置以外代表数字信号“0”，或者约定光源光束照射在光接收装置上代表数字信号“0”，光源光束偏离出光接收装置以外代表数字信号“1”；(4)光接收装置根据照射在其上及偏离于其以外的光束信号，获取被传递信号的内容。
2. 根据权利要求1所述的信号瞬时传递方法，其特征在于，所述驱动装置为电 磁铁。
3. 根据权利要求2所述的信号瞬时传递方法，其特征在于，步骤(3)中，利用 被传递信号控制所述驱动装置的具体做法为先将被传递信号转换为数字信号， 再由该数字信号控制电磁铁的吸合及分离。
4. 根据权利要求3所述的信号瞬时传递方法，其特征在于，步骤(2)中，利用 驱动装置使得所述光源的光线照射在所述光接收装置上或偏离出所述光接收装 置以外的具体做法是将光源设置在一支架上，通过电磁铁对支架的操作，使 得支架摆动，进而使得光源随支架摆动。
5. 根据权利要求1所述的信号瞬时传递方法，其特征在于，步骤(4)中，获取 被传递信号的内容的具体做法为光接收器将照射于其上的激光束及偏离于其 以外的激光束转换为的由"1"、 "0"组成的数码信号，再将数码信号解码后获 取被传递信号的内容。
6. —种信号瞬时传递系统，其特征在于，包括信号供给部分、光束信号通讯接 口及信号接收部分，所述光束信号通讯接口包括激光源、激光源光束转角驱动 装置及光接收器，所述信号供给部分提供被传送的信号，所述信号供给部分与 激光源光束转角驱动装置电性连接，利用被传输信号控制激光源光束转角驱动 装置的动作，激光源光束转角驱动装置与激光源机械式连接，驱动激光源摆动， 所述光接收器设置的位置使得激光源摆动到某一角度时激光束照射在光接收器 上，而激光源摆动到另一角度时激光束偏离出光接收器以外，光接收器将照射于其上的激光束及偏离于其以外的激光束信号转换为电信号，提供给信号接收 部分处理及使用。
7. 根据权利要求6所述的信号瞬时传递系统，其特征在于，所述信号供给部分 包括信号采集装置、调制器及第一放大器，所述信号采集装置具体包括拾音器 和摄像机，拾音器、摄相机采集声音和图像，将声音和图像转变成音频信号和 视频信号，调制器将音频信号和视频信号转换成数码信号，数码信号由第一放 大器放大后输入给所述激光源光束转角驱动装置。
8. 根据权利要求7所述的信号瞬时传递系统，其特征在于，所述信号接收部分 包括解码器、第二放大器及信号输出装置，所述信号输出装置具体包括扬声器 及显示器，解码器将所述光接收器提供的电信号进行解码，并输出给第二放大 器进行放大，放大的信号由第二放大器提供给扬声器及显示器。
9. 根据权利要求6、 7或8任意一项所述的信号瞬时传递系统，其特征在于，所 述激光源光束转角驱动装置包括电磁铁和支架，电磁铁受被发送信号驱动而吸 合或分离，支架与电磁铁的驱动端连接，受电磁铁驱动而摆动，激光源设置在 支架上，随支架摆动而摆动。
全文摘要
本发明涉及信号瞬时传递方法及系统，方法包括(1)提供在其之间可以形成连续不间断光束通路的光源及光接收装置；(2)提供一可以使得所述光源的光线照射在所述光接收装置上或偏离出所述光接收装置以外的驱动装置；(3)利用被传递信号控制所述驱动装置；(4)光接收装置根据照射在其上及偏离于其以外的光线信号，获取被传递信号的内容。本发明提供的信号瞬时传递系统包括信号供给部分、光束信号通讯接口及信号接收部分。本发明基于光束转角不变原理，利用光束的摆动来传递信息，不论两点间的距离有多远，只要建立起连续不间断的光束通路，信息的交换都是瞬时的，解决了现有远距离信号传递延时的问题，为星际间的实时通迅提供了技术保障。
文档编号H04B10/06GK101272181SQ20081002792
公开日2008年9月24日 申请日期2008年5月7日 优先权日2008年5月7日
发明者喻仲华 申请人:喻仲华