基于旋转放射源的通信系统及方法与流程

[0001]
本发明涉及通信技术领域，具体涉及基于旋转放射源的通信系统及方法。


背景技术：

[0002]
在电磁屏蔽环境下，无线电波等传统的无线通信方法无法进行通信。特别是在由尺寸较厚的金属壁形成的电磁屏蔽环境下，想要实现无线通信非常困难，现有的通信方法都无法解决该问题。
[0003]
γ射线穿透力强，能量高，是波长短于0.01埃，频率高于1.5千亿亿赫兹的电磁波。
[0004]
x射线也是一种波长极短、能量很大的电磁波，x射线因其波长短，能量大，照在物质上时，仅一部分被物质所吸收，大部分经由原子间隙而透过，表现出很强的穿透能力。
[0005]
利用γ射线或x射线对实现电磁屏蔽环境下的通信具有重要意义。


技术实现要素：

[0006]
本发明所要解决的技术问题是电磁屏蔽环境下，无线电波等传统的无线通信方法无法进行通信，目的在于提供一种基于旋转放射源的通信系统及方法，解决了电磁屏蔽环境下无线通信的问题。
[0007]
本发明通过下述技术方案实现：
[0008]
基于旋转放射源的通信系统，包括沿信号传输方向依次设置的信息源、数字信号发射源、调制装置、旋转放射装置和解调装置，所述旋转放射装置包括旋转射线管、机体和放射源，所述放射源设置于所述旋转射线管内，所述放射源放射出具有强穿透性的射线，所述旋转射线管设置于所述机体上，所述机体用于支撑所述旋转射线管，且所述旋转射线管相对于所述机体可旋转和定位；所述数字信号发射源将所述信息源发出的原始模拟信号转换数字信号；所述调制装置将所述数字信号进行放大和电平变换之后，转换为调制信号；根据所述调制信号，所述旋转射线管相对于所述机体旋转或定位，将所述调制信号转换为射线信号；所述解调装置将所述射线信号转换为模拟信号。
[0009]
本发明首先利用放射线强穿透的特性，将放射源放射的射线作为信息传输的载体，然后在结构上设计一个旋转放射装置，通过旋转放射装置实现多个方向的旋转定位。具体的，旋转放射装置包括旋转射线管、机体和放射源，所述旋转射线管设置于所述机体上，所述机体用于支撑所述旋转射线管，且所述旋转射线管相对于所述机体可旋转和定位。当旋转射线管在做旋转运动时，实现射线在多个方向的定位。利用旋转射线管实现若干个方位上射线的定位，利用旋转放射装置所处的不同物理位置参数来实现信息信号在射线上的编码。
[0010]
当只有一个或两个旋转放射源时，可以按照一定的时间间隔规则实现信息信号在射线载体上的编码传输，也可以根据透过射线过孔的射线能量强度在不同时间间隔的差异来进行编码。当有多个旋转放射源时，可以仅根据时间和位置的变换关系进行编码。
[0011]
声音、图像等模拟信号等信息源由本发明的通信系统的接收后，通过数字信号发
射源转化为数字信号；数字信号发射源将要传输的数字信号输入至调制装置；调制装置对数字调制信号进行放大、电平变换处理后输入至旋转放射装置；旋转放射装置经编码传递给解调装置，解调装置对接收到的射线信号进行解调并转换为声音、图像等信息，完成信号的通信过程。
[0012]
进一步的，所述调制装置包括调制器，所述解调装置包括沿信号传输方向依次设置的射线阵列探测器、前置放大器、解调器、接收端通信接口、数字信号接收源；所述射线阵列探测器接收所述射线信号，并将所述射线信号转换为电信号；所述前置放大器将所述电信号进行放大，转换为放大的电信号；所述解调器将所述放大的电信号解调后，转换为解调信号；所述接收端通信接口传递所述解调信号；所述数字信号接收源将所述解调信号转换为模拟信号，并输出所述模拟信号。
[0013]
进一步的，所述旋转射线管相对于所述机体定位时，具有多个定位位置；所述射线阵列探测器包括多个射线探测器；当所述旋转射线管位于任一定位位置时，所述旋转射线管放射的射线方向上必然有一个射线探测器，所述射线探测器的个数与所述多个定位位置的数量相匹配。
[0014]
进一步的，所述多个射线探测器呈阵列分布。
[0015]
进一步的，所述信息源和所述数字信号发射源之间设置有发送端通信接口，所述发送端通信接口用于传递所述原始模拟信号。
[0016]
进一步的，所述放射源为准直放射源，所述准直放射源相对于所述机体可平面旋转，所述准直放射源有多个，每个准直放射源均具有不同放射强度，所述多个准直放射源分布在多个不同的位置。
[0017]
进一步的，所述放射源包括同位素放射源、非同位素放射源、加速器放射源或对撞机放射源。通常情况下采用同位素放射源，但其它能够产生强穿透射线的放射源均可以作为本发明的放射源。
[0018]
进一步的，所述同位素放射源包括γ放射源或x放射源。由于γ放射源和x放射源具有能量高，穿透性强的特点，是本明的一个较佳的实施例。
[0019]
本发明的另一种实现方式，基于旋转放射源的通信方法，包括调制装置、旋转放射装置和解调装置，所述放射源为强穿透的同位素放射源，所述通信方法包括以下步骤：步骤s1：接收通信信号，所述调制装置将所述通信信号调制为调制信号；步骤s3：根据所述调制信号，所述旋转放射装置进行位置的旋转变换，产生多个不同的定位位置，所述多个不同的定位位置对应多个不同的编码码元，将所述调制信号加载到放射线上，形成放射线信号；步骤s4：所述解调装置接收所述放射线信号，并将所述放射线信号解调为通信信号，输出所述通信信号。
[0020]
进一步的，所述解调装置包括多个射线阵列探测器，所述多个射线探测器的位置与所述多个不同的定位位置在射线方向上一一对应匹配。
[0021]
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
[0022]
1、使用放射源通信是一种新的通信方式，在面临一些通信领域的问题时，射线通信可以作为一种新的可选技术手段，同时利用射线进行通信扩展了可用于通信的电磁波范围；
[0023]
2、强穿透的射线通信能够实现一些电磁屏蔽环境下的通信，比如γ射线和x射线；
[0024]
3、使用的γ源较少，安全系数高，同时能够使用多码元种类对信息进行编码。
附图说明
[0025]
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
[0026]
图1为实施例1示意图；
[0027]
图2为解调装置示意图；
[0028]
图3为实施例3示意图；
[0029]
图4为旋转γ源及对应γ射线阵列探测器示意图；
[0030]
图5为实施例6的调制解调系统组成示意图；
[0031]
图6为实施例6的γ射线发生装置及γ射线组合探测器示意图；
[0032]
图7为“2”、“3”组合示意图；
[0033]
图8为γ射线发生装置信息组合表；
[0034]
图9为编码信息表。
[0035]
附图中标记及对应的零部件名称：
[0036]
1-γ源，2-旋转γ源，3-γ射线探测器。
具体实施方式
[0037]
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
[0038]
实施例1
[0039]
本实施例1是一种基于旋转放射源的通信系统，如图1所示，包括沿信号传输方向依次设置的信息源、数字信号发射源、调制装置、旋转放射装置和解调装置，旋转放射装置包括旋转射线管、机体和放射源，放射源设置于旋转射线管内，放射源放射出具有强穿透性的射线，旋转射线管设置于机体上，机体用于支撑旋转射线管，且旋转射线管相对于机体可旋转和定位；数字信号发射源将信息源发出的原始模拟信号转换数字信号；调制装置将数字信号进行放大和电平变换之后，转换为调制信号；根据调制信号，旋转射线管相对于机体旋转或定位，将调制信号转换为射线信号；解调装置将射线信号转换为模拟信号。
[0040]
本实施例1首先利用放射线强穿透的特性，将放射源放射的射线作为信息传输的载体，然后在结构上设计一个旋转放射装置，通过旋转放射装置实现多个方向的旋转定位。具体的，旋转放射装置包括旋转射线管、机体和放射源，旋转射线管设置于机体上，机体用于支撑旋转射线管，且旋转射线管相对于机体可旋转和定位。当旋转射线管在做旋转运动时，实现射线在多个方向的定位。利用旋转射线管实现若干个方位上射线的定位，利用旋转放射装置所处的不同物理位置参数来实现信息信号在射线上的编码。
[0041]
声音、图像等模拟信号等信息源由本发明的通信系统的接收后，通过数字信号发射源转化为数字信号；数字信号发射源将要传输的数字信号输入至调制装置；调制装置对数字调制信号进行放大、电平变换处理后输入至旋转放射装置；旋转放射装置经编码传递给解调装置，解调装置对接收到的射线信号进行解调并转换为声音、图像等信息，完成信号
的通信过程。
[0042]
当只有一个或两个旋转放射源时，可以按照一定的时间间隔规则实现信息信号在射线载体上的编码传输，也可以根据透过射线过孔的射线能量强度在不同时间间隔的差异来进行编码。当有多个旋转放射源时，可以仅根据时间和位置的变换关系进行编码。
[0043]
实施例2
[0044]
本实施例2是在实施例1的基础上，一种基于旋转放射源的通信系统，调制装置如图2所示，包括调制器，解调装置包括沿信号传输方向依次设置的射线阵列探测器、前置放大器、解调器、接收端通信接口、数字信号接收源；射线阵列探测器接收射线信号，并将射线信号转换为电信号；前置放大器将电信号进行放大，转换为放大的电信号；解调器将放大的电信号解调后，转换为解调信号；接收端通信接口传递解调信号；数字信号接收源将解调信号转换为模拟信号，并输出模拟信号。
[0045]
旋转射线管相对于机体定位时，具有多个定位位置；射线阵列探测器包括多个射线探测器；当旋转射线管位于任一定位位置时，旋转射线管放射的射线方向上必然有一个射线探测器，射线探测器的个数与多个定位位置的数量相匹配。多个射线探测器呈阵列分布。
[0046]
实施例3
[0047]
本实施例3是在实施例2的基础上，如图3所示，信息源和数字信号发射源之间设置有发送端通信接口，发送端通信接口用于传递原始模拟信号。发送端通信接口与接收端通信接口相对应。发送端通信接口可以是用于信息源的信号传输的物理线缆，接收端通信接口可以是用于本实施例3的通信系统输出信号传输的物理线缆。
[0048]
实施例4
[0049]
本实施例4提供了一种利用旋转γ源进行通信的系统及方法，实现了利用γ射线进行信息的传输。采用了如下技术方案：
[0050]
利用旋转γ源进行通信的系统及方法其通信系统包括沿信号传输方向依次设置的信息源、数字信号发射源、调制器、旋转γ源、解调装置。
[0051]
利用旋转γ源进行通信的系统及方法其旋转γ源包括旋转射线管、机体、同位素放射源。旋转射线管能实现若干个方位的旋转定位。γ射线通信系统及方法利用旋转γ源所处的不同物理位置参数来实现γ射线的调制。
[0052]
利用旋转γ源进行通信的系统及方法其解调装置包括γ射线阵列探测器、前置放大器、解调器、接收端通信接口、数字信号接收源。其中γ射线阵列探测器根据上述旋转γ源进行配位布置。γ射线通信系统及方法利用对应旋转γ源位置分布的γ射线阵列探测器接收γ射线信号，对γ射线信号进行解调。
[0053]
利用旋转γ源进行通信的系统及方法其通信方法其具体通信过程如下：
[0054]
声音、图像等模拟信号从通信系统的接收端输入后首先通过数字信号发射源转化为数字信号；
[0055]
数字信号发射源将要传输的数字信号输入至调制器；
[0056]
调制器对数字调制信号进行放大、电平变换处理后输入至旋转γ源；
[0057]
阵列旋转γ源根据接收到的调制信号，进行位置旋转变换，不同的确定的位置参数对应不同的编码码元，对信息进行编码加载至γ射线后，输出γ射线信号并发送到解调
装置；
[0058]
解调装置对接收到的γ射线信号进行解调并转换为声音、图像等信息，完成信号的通信过程。
[0059]
实施例5
[0060]
本实施例5，利用旋转γ源进行通信的系统及方法其通信系统包括沿信号传输方向依次设置的信息源、数字信号发射源、调制器、旋转γ源、解调装置。
[0061]
利用旋转γ源进行通信的系统及方法其通信方法具体包括如下步骤：
[0062]
步骤一、声音和图像等模拟信号从通信系统的接收端输入后首先通过数字信号发射源转化为数字信号；
[0063]
步骤二、数字信号发射源将要传输的数字信号输入至调制器；
[0064]
步骤三、调制器将数字信号调制后生成数字调制信号，在进行放大、电平变换处理后输入至旋转γ源；
[0065]
步骤四、旋转γ源输出γ射线信号并发送到解调装置；
[0066]
步骤五、解调装置对接收到的γ射线信号进行解调并转换为声音、图像等数据，完成信号的通信过程。
[0067]
旋转γ源包括旋转射线管、机体、同位素放射源，如图4所示，旋转γ源2能实现四个方位的旋转定位，分别对应位置1、位置2、位置3和位置4。解调装置包括γ射线阵列探测器3、前置放大器、解调器、接收端通信接口、数字信号接收源。旋转γ源2内设置有γ源1。其中γ射线阵列探测器根据上述旋转γ源进行配位布置，具体为探测器a对应旋转射线管位置1，探测器b对应旋转射线管位置2，探测器c对应旋转射线管位置3，探测器d对应旋转射线管位置4。
[0068]
利用旋转γ源进行通信的系统及方法其特有的调制解调方式具体过程如下：
[0069]
旋转γ源在接收到调制器
[0070]
输入的信号后，根据相应的编码规则，旋转射线管运动到指定的位置(比如位置2)并发出γ射线信号。γ射线通信系统及方法通过这种不同位置对应不同编码的方式完成对γ射线进行调制的过程；
[0071]
对于由上述旋转γ源发出的γ射线信号(比如来自位置2的信号)，解调装置中的γ射线阵列探测器(位置2对应探测器b)接收到γ射线信号，γ射线通信系统及方法通过γ射线阵列探测器与偏转γ射线源的位置一一对应的方式进行γ射线信号的解调；
[0072]
γ射线阵列探测器将接收到的γ信号转换为电信号输出到前置放大器；
[0073]
前置放大器对电信号进行放大处理并输出到解调器；
[0074]
解调器根据调制器的调制方式对放大的电信号和接收端载波信号进行处理并解调出数字信号，数字信号经过接收端通信接口输送到数字信号接收源，解调器的解调方式与调制器的调制方式相对应；
[0075]
数字信号接收源通过通信系统的输出端完成声音、图像等模拟信号的输出。
[0076]
本实施例5提供了一种利用旋转γ源进行通信的系统及方法，包括沿信号传输方向依次设置的信息源、数字信号发射源、调制器、旋转γ源、解调装置；该γ射线通信系统及方法利用自身可旋转的γ源所处的不同物理位置实现γ射线的调制，利用对应旋转γ源的位置分布的γ射线阵列探测器进行γ射线信号的解调；该γ射线通信系统及方法能够实现
电磁屏蔽环境下的通信，同时利用γ射线进行通信是一种新的通信方式，在扩展了可用于通信的电磁波范围的同时也为处理相关通信领域的问题提供了一种新的可选技术手段。
[0077]
本实施例5中的γ源替换为x射线发生源，γ射线探测器替换为x射线探测器，该通信系统及方法同样适用于x射线通信。
[0078]
本发明所说的放射源包括同位素放射源、非同位素放射源、加速器放射源或对撞机放射源。通常情况下采用同位素放射源，但其它能够产生强穿透射线的放射源均可以作为本发明的放射源。
[0079]
本发明的信息源、数字信号发射源、调制装置和旋转放射装置位于电磁屏蔽环境的一侧，解调装置位于电磁屏蔽环境的另一侧。
[0080]
当信息源、数字信号发射源、调制装置和旋转放射装置位于电磁屏蔽环境内，解调装置位于电磁屏蔽环境外时，信号由电磁屏蔽环境由内向外传输通信；当信息源、数字信号发射源、调制装置和旋转放射装置位于电磁屏蔽环境外，解调装置位于电磁屏蔽环境内时，信号由电磁屏蔽环境由外向内传输通信；也可以使用两套本发明的系统，实现电磁屏蔽环境内外的双向通信。
[0081]
实施例6
[0082]
本实施例6是一种γ射线通信的调制解调系统和方法，其组成包括：调制电路、γ射线发生装置、γ射线组合探测器、解调电路，如图5所示；
[0083]
如图6所示，γ射线发生装置由分布在不同位置的n个(n≥1，n为自然数)不同强度的准直γ源组成，其中每一个准直γ源可以实现平面旋转。如图7，γ射线组合探测器由多个分布在不同位置的n个(n≥1，n为自然数)γ射线探测器组成，γ射线探测器均能测量γ射线强度。
[0084]
调制电路对接收到的原始电信号进行处理，跟据编码规则控制γ射线发生装置产生不同强度，不同方向的γ射线，具体为：
[0085]
γ射线发生装置由n个不同强度的准直γ源组成，根据编码规则，在调制电路的控制下，其中的m个(0≤m≤n，m为自然数)准直γ源，旋转到指定的方向，并产生对应方向的γ射线。调制电路在接受到原始电信号后，根据编码规则，通过控制γ射线发生装置中一定数量的准直γ源在一定的方向产生γ射线的方式实现信息加载到γ射线的过程，由γ射线发生器发出γ射线信号，完成γ射线的调制；
[0086]
准直γ源“产生γ射线”和“不产生γ射线”是相对γ射线组合探测器而言，如果γ射线组合探测器未检测到(或检测到微弱)准直γ源则约定该准直γ源不产生γ射线，如果γ射线组合探测器检测到较强准直γ源则约定该准直γ源产生γ射线。对于γ射线探测器而言产生和不产生γ射线的实现方法有多种，例如通过物理屏蔽直接对准直γ源进行屏蔽的方法，通过控制准直γ源旋转到γ射线组合探测器探测范围外的方法等。
[0087]
γ射线组合探测器接收到γ射线信号后，由解调电路根据相关编码信息进行解调，具体为：
[0088]
γ射线组合探测器由n个分布在不同位置的γ射线探测器组成，γ射线组合探测器在接收到γ射线信号后，通过识别接收到γ射线信号的γ射线探测器所在位置情况和强度情况来判断发出该γ射线信号的准直γ源的位置和强度的组合信息，解调电路结合相关编码信息即可对接收到的γ射线信号进行解调。
[0089]
在γ射线组合探测器能够接收到的所有γ射线信号中，对于其中任意一种γ射线信号都有唯一的准直γ源的组合方式，那么在数字信号加载过程中，能够加载的码元数量为(n+1)
n
个，通过增加准直γ源和γ射线探测器的数量能够实现码元数量的指数增长；当γ射线组合探测器检测到的γ射线信号中，存在一种或多种γ射线信号有多种准直γ源的组合方式时，需要对重复的组合方式进行特殊处理，比如使用同一码元信息，则能够加载的码元数量为[(n+1)
n-c]个，c为重复的总计数次数。
[0090]
列举具体数例进行阐述说明：
[0091]
当n＝2，n＝3时，即γ射线发生装置包括2个不同强度的准直γ源，分别是准直γ源a、准直γ源b，γ射线组合探测器包括3个γ射线探测器，分别是探测器1、探测器2、探测器3，如图7所示；
[0092]
针对准直γ源a或者准直γ源b，当γ射线组合探测器检测不到其发出的γ射线信号时，约定此时准直γ源a或者准直γ源b所对应的位置为0，则准直γ源a对应γ射线组合探测器有4个位置信息，分别为：a-1、a-2、a-3、a-0；同理，准直γ源b的4个位置信息分别为：b-1、b-2、b-3、b-0。通过准直γ源a和准直γ源b的组合，γ射线发生装置有16种强度和位置组合方式，如图8所示；对于每一种组合方式，γ射线组合探测器检测结果唯一。
[0093]
调制电路对接收到的原始信息进行编码调制，加载16种数字信号码元，分别是“0”、“1”“2”“3”“4”“5”“6”“7”“8”“9”“10”“11”“12”“13”“14”“15”，数字信号码元为“0”时，调制电路控制准直γ源a向探测器1产生γ射线，同时控制准直γ源b向探测器1产生γ射线，此时信号码元“0”对应的γ射线发生装置中的准直γ源组合位置信息为[a-1，b-1]，以此类推，详细的编码信息对应表如图9所示。
[0094]
γ射线组合探测器的接收情况为：探测器1检测到γ射线信号且其强度为z
0
，因为对于每一种γ射线发生装置的组合方式，γ射线组合探测器检测结果唯一，所以此时解调电路根据γ射线组合探测器的检测情况对γ射线信号进行解调，其对应的γ射线发生装置的组合方式为[a-1，b-1]，对应码元为“0”。
[0095]
在本实施例6对γ射线进行调制解调的同时，能够实现采用“模分复用”的方式进行通信，建立多个并行通信信道，提高信息传输速率，具体过程如下：
[0096]
对γ射线发生装置中的n个准直γ源进行分块，不同的模块用于不同信息的传输，从而建立并行信道的多个信号发生单元；对每一个信号发生单元产生的γ射线进行调制，从而产生多个信道的γ射线信号；
[0097]
γ射线组合探测器接收到多个信道的γ射线信号，并将其转换为电信号输入至解调电路解调。在γ射线组合探测器检测到的γ射线信号中，当每一种信号情况都对应唯一的准直γ源组合方式时，γ射线组合探测器能够识别出每一个信号单元的位置及强度情况，同时通信过程中不存在γ射线信号互相干涉的情况，因而依照前面的解调方法可实现多个信道的γ射线信号的解调。
[0098]
以上的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。