基于漫反射的非视域通信方法

本发明属于激光通信、单光子通信、无线通信的交叉学科，具体是指一种通过激光通信信号向有遮挡区域的用户发送信息、用户通过单光子探测器接收墙面漫反射形成的微弱回波信号实现非视域通信的方法，尤其涉及一种基于漫反射的非视域通信方法。

背景技术：

1、自由空间激光通信具有准直性强、带宽大、抗电磁干扰能力强等优势，可作为无线电通信的重要补充手段，为视距范围内多个用户提供通信服务。现阶段制约自由空间激光通信大规模应用的瓶颈问题主要有：(1)自由空间激光通信易受环境干扰，大气湍流扰动、风切变、雨雾、水汽等各种恶劣天气状况都会对通信信号产生影响，大幅增加误码率直至完全阻隔通信；(2)自由空间激光通信需要使用跟踪瞄准系统建立稳定的光学通信链路，通信距离越远，跟踪瞄准系统的口径越大，系统重量体积和机械控制难度也就越大；(3)自由空间激光通信准直性较强，与传统无线电通信相比不具备广播发送能力，单一跟踪瞄准系统同时只能支持两个用户之间点对点通信。

2、单光子探测器在量子通信、量子计算系统中应用广泛，可以实现单光子级的微弱光学信号探测。在量子通信中，单光子探测器主要用于进行光子计数，通过单光子偏振态、到达时间、相位、模场等自由度进行抗截获篡改的安全通信。对于一些特殊的应用场景，例如传输损耗极高、信道扰动极强、传输距离极远时，利用单光子探测器来接收被衰减到单光子功率水平的激光通信信号是一种较优的选择。另一方面，对于火场搜索、地震救援等应用场景而言，错综复杂的空间结构将阻断传统通信信号传输，特别是对于激光通信而言，“非视域范围内”即意味着无法正常通信。

技术实现思路

1、针对上述缺陷，本发明要解决的技术问题是如何实现即便通信双方互不在对方视野范围内也能正常通联的非视域通信。

2、针对上述缺陷，本发明提出一种基于漫反射的非视域通信方法，以激光通信信号为载体将需要发送的信息广播发送到遮挡区域内，提高激光通信信号平均功率使其满足大口径发送、多次漫反射需求，遮挡区域内的用户通过单光子探测器接收经过多次漫反射、信号功率已经衰减到单光子量级的激光通信信号并提取有效信息。

3、为了达到上述效果，本发明提供的基于漫反射的非视域通信方法，包括通信信号发送方和通信信号接收方，方法包括：利用激光通信系统，瞄准遮挡区域内潜在用户活动空间发送激光通信信号，基于冗余重传方式通信信号发送方将需要广播发送的信息通过激光通信信号发送出去，大口径光斑照射到空间结构相对较为复杂的区域后在多个点位产生漫反射，直至多次反射的某个携带有调制编码信息的光子进入到用户携带的光学口径为止，漫反射后的激光通信信号只要超过单光子功率水平即有概率被携带有单光子探测器的多个通信信号接收方接收到，实现即便通信双方互不在对方视野范围内也能正常通联的非视域通信。

4、优选地，上述方法具体包括以下步骤：

5、s101、激光通信信号的发送，利用高功率、大口径激光通信系统，瞄准遮挡区域内潜在用户活动空间发送激光通信信号，基于冗余重传方式提高通信信号的可达性；

6、s102、激光通信信号的漫反射，激光通信信号在遮挡区域内反复漫反射，直至多次反射的某个携带有调制编码信息的光子进入到用户携带的光学口径为止；

7、s103、激光通信信号的接收，用户携带单光子探测器探测多次漫反射之后功率已经达到单光子水平的激光通信信号，通过数据校验还原信息并完成通信流程。

8、优选地，上述激光通信系统为高功率、大口径的激光通信系统。

9、优选地，上述通信信号发送方将需要传递的指令编译到自由空间激光通信载波上，通过功率放大器放大功率，通过光学扩束实现光斑口径扩展，通过光束匀化方式将原本高斯分布的光斑整形成均匀分布。

10、一种基于漫反射的非视域通信方法，包括通信信号发送方和通信信号接收方，方法具体包括：

11、s201、通信信号发送方将需要广播发送的信号通过高功率、大口径激光通信系统，瞄准遮挡区域内潜在活动空间发送出去；

12、s202、进入到封闭空间或遮挡空间内的强激光通信信号，在各种介质表面产生漫反射，理论上非镜面反射介质能够将激光通信信号向各个方向漫反射，经过足够多次的漫反射能够将激光通信信号照射到封闭空间内的任意位置；

13、s203、携带单光子探测器实时接收环境中的光子，当捕获到已经衰减到单光子功率水平的激光通信信号时，根据预先设定的编码规则解析其中的信息，完成通信流程。

14、优选地，上述s201通信信号发送方通过冗余重传的方式多次发送相同信息在视野范围内没有看到想要发送信息的用户，使用大口径、高功率的激光通信进行信号发送。

15、优选地，上述s202激光通信系统工作波段规避太阳光谱，确保照射进入封闭空间内的自然光不会对激光通信信号接收产生误判影响。

16、优选地，上述s203中编码规则包括偏振、相位、到达时间或强度中的一种或多种。

17、优选地，上述s202中的介质包括墙面或地板。

18、本发明提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述方法。

19、与现有技术相比，本发明达到了以下技术效果：

20、首先，本发明创新地结合了自由空间激光通信系统和单光子探测器，通过提高激光通信信号功率(开源)和提高接收灵敏度(节流)为超大信道损耗条件提供了一种可靠的单向通信手段；

21、其次，本发明巧妙地利用了地理环境实现非视域范围内的可靠通信，能够为火灾现场人员信令下达、地震搜救人员指令传输等极端工作场景提供一种应急保障的通信手段；

22、最后，本发明提出的技术方案还可以用于实现非视域范围内的目标探测，即通过探测各种电子产品产生的光辐射、人体等各种热源产生的红外辐射在各种介质表面漫反射后的微弱信号，为地震救援提供一种目标发现方法。

技术特征：

1.一种基于漫反射的非视域通信方法，包括通信信号发送方和通信信号接收方，其特征在于所述方法包括：利用激光通信系统，瞄准遮挡区域内潜在用户活动空间发送激光通信信号，基于冗余重传方式通信信号发送方将需要广播发送的信息通过激光通信信号发送出去，大口径光斑照射到空间结构相对较为复杂的区域后在多个点位产生漫反射，直至多次反射的某个携带有调制编码信息的光子进入到用户携带的光学口径为止，漫反射后的激光通信信号只要超过单光子功率水平即有概率被携带有单光子探测器的多个通信信号接收方接收到，实现即便通信双方互不在对方视野范围内也能正常通联的非视域通信。

2.根据权利要求1所述的基于漫反射的非视域通信方法，其特征在于所述方法具体包括以下步骤：

3.根据权利要求1所述的基于漫反射的非视域通信方法，其特征在于，所述激光通信系统为高功率、大口径的激光通信系统。

4.根据权利要求1或2所述的基于漫反射的非视域通信方法，其特征在于，所述通信信号发送方将需要传递的指令编译到自由空间激光通信载波上，通过功率放大器放大功率，通过光学扩束实现光斑口径扩展，通过光束匀化方式将原本高斯分布的光斑整形成均匀分布。

5.根据权利要求1所述的基于漫反射的非视域通信方法，包括通信信号发送方和通信信号接收方，其特征在于所述方法具体包括：

6.根据权利要求5所述的基于漫反射的非视域通信方法，其特征在于，所述s201通信信号发送方通过冗余重传的方式多次发送相同信息在视野范围内没有看到想要发送信息的用户，使用大口径、高功率的激光通信进行信号发送。

7.根据权利要求5所述的基于漫反射的非视域通信方法，其特征在于，所述s202激光通信系统工作波段规避太阳光谱，确保照射进入封闭空间内的自然光不会对激光通信信号接收产生误判影响。

8.根据权利要求5所述的基于漫反射的非视域通信方法，其特征在于，所述s203中编码规则包括偏振、相位、到达时间或强度中的一种或多种。

9.根据权利要求5所述的基于漫反射的非视域通信方法，其特征在于，所述s202中的介质包括墙面或地板。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现权利要求1-9任一项所述方法。

技术总结
本发明提出的基于漫反射的非视域通信方法，通信信号发送方将需要广播发送的信息通过激光通信信号发送出去，大口径光斑照射到空间结构相对较为复杂的区域后在墙面、地面等多个点位产生漫反射，漫反射后的激光通信信号只要超过单光子功率水平即有概率被携带有单光子探测器的多个通信信号接收方接收到，实现即便通信双方互不在对方视野范围内也能正常通联的非视域通信。

技术研发人员：郭凯,许波
受保护的技术使用者：中国人民解放军军事科学院系统工程研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/11/28