FR3139258A1 - OPTICAL TERMINAL FOR COMMUNICATION BY LASER SIGNALS - Google Patents
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Abstract
Un terminal optique (1) de communication par signaux laser est adapté pour émettre, en plus d’un faisceau laser utile (FU) qui transporte des données à transmettre, un faisceau lumineux de brouillage (FB), de sorte que les deux faisceaux soient superposés dans un plan de réception (PR). Le terminal optique permet à un récepteur destinataire (2) de recevoir les données avec une valeur de rapport signal-sur-bruit qui soit suffisamment élevée, tout en produisant simultanément une autre valeur du rapport signal-sur-bruit qui soit effective pour un récepteur espion (3), et qui soit suffisamment basse pour empêcher une réception des données par ledit récepteur espion.Figure d’abrégé : Figure 1An optical terminal (1) for communication by laser signals is adapted to emit, in addition to a useful laser beam (FU) which carries data to be transmitted, a jamming light beam (FB), so that the two beams are superimposed in a reception plane (PR). The optical terminal enables a recipient receiver (2) to receive the data with a signal-to-noise ratio value that is sufficiently high, while simultaneously producing another signal-to-noise ratio value that is effective for a receiver spy (3), and which is sufficiently low to prevent reception of data by said spy receiver. Abstract figure: Figure 1
Description
La présente description concerne un terminal, un système et un procédé de communication optique par signaux laser. Elle concerne plus particulièrement de tels terminal, système et procédé qui permettent de transmettre des signaux utiles à un destinataire d’une façon qui soit sécurisée par rapport à une réception par un tiers non-désirée.The present description relates to a terminal, a system and a method for optical communication by laser signals. It relates more particularly to such terminals, systems and methods which make it possible to transmit useful signals to a recipient in a manner which is secure in relation to undesired reception by a third party.
Le besoin de communiquer de manière sécurisée concerne tous les modes de communication, y compris les transmissions de signaux qui sont effectuées par modulation d’un faisceau laser. En effet, le mode de communication par signaux laser qui se propagent en champ libre («free space» en anglais) est destiné à être utilisé de plus en plus, notamment entre un satellite qui est en orbite autour de la Terre et un récepteur qui est situé sur Terre. Mais d’autres configurations d’utilisation sont aussi possibles. La communication par signaux laser est particulièrement avantageuse pour ce qui concerne la sécurité par rapport à une détection par un espion des signaux qui sont transmis entre un émetteur et un récepteur destinataire, car une partie principale du faisceau laser qui est modulé pour transmettre les signaux est concentrée dans une section transversale limitée. Ainsi, l’éclairement qui est produit par le faisceau décroît rapidement en dehors de la direction d’émission. Toutefois, cet éclairement n’est pas tout à fait nul en dehors de la direction d’émission, et un récepteur espion qui serait proche du chemin de propagation en champ libre qui relie l’émetteur au récepteur destinataire pourrait peut-être parvenir à détecter avec succès les signaux transmis. Usuellement, le terminal émetteur des signaux est appelé Alice, le récepteur destinataire de ces signaux est appelé Bob, et l’espion qui est susceptible de détecter les signaux transmis par Alice à Bob est appelé Eve.The need to communicate securely concerns all modes of communication, including signal transmissions which are carried out by modulation of a laser beam. Indeed, the mode of communication by laser signals which propagate in a free field (“free space” in English) is intended to be used more and more, in particular between a satellite which is in orbit around the Earth and a receiver which is located on Earth. But other configurations of use are also possible. Communication by laser signals is particularly advantageous with regard to security compared to detection by an eavesdropper of the signals which are transmitted between a transmitter and a recipient receiver, because a main part of the laser beam which is modulated to transmit the signals is concentrated in a limited cross section. Thus, the illumination produced by the beam decreases rapidly outside the direction of emission. However, this illumination is not completely zero outside the direction of transmission, and a spy receiver which is close to the free field propagation path which connects the transmitter to the recipient receiver could perhaps succeed in detecting successfully transmitted signals. Usually, the terminal transmitting the signals is called Alice, the receiver receiving these signals is called Bob, and the spy who is likely to detect the signals transmitted by Alice to Bob is called Eve.
Un tel besoin de communiquer de manière sécurisée s’applique à des communications usuelles par faisceau laser, pour transmettre des données non-cryptées, mais il s’applique aussi à la transmission de clés de cryptage, notamment de clés de cryptage quantique à variable continue ou à variable discrète. Les besoins de taux de génération de clés, ou «key generation rate» en anglais, sont déterminés par le niveau de sécurité qui est requis par le protocole cryptographique utilisé, et par la longueur de chaque contenu utile qui est à transmettre de façon cryptée. La sécurité la plus élevée est procurée par un protocole du type OTP, pour «One time pad» en anglais, mais des niveaux de sécurité plus faibles sont procurés par d’autres protocoles, tels que le protocole AES3.Such a need to communicate securely applies to usual communications by laser beam, to transmit unencrypted data, but it also applies to the transmission of encryption keys, in particular continuous variable quantum encryption keys. or discrete variable. The key generation rate requirements are determined by the level of security that is required by the cryptographic protocol used, and by the length of each useful content that is to be transmitted in an encrypted manner. The highest security is provided by an OTP type protocol, for “One time pad” in English, but lower levels of security are provided by other protocols, such as the AES3 protocol.
Pour de telles applications, mais aussi pour d’autres, un but de la présente invention est d’améliorer le niveau de sécurité de communications par signaux laser.For such applications, but also for others, an aim of the present invention is to improve the level of security of communications by laser signals.
Plus particulièrement, l’invention a pour but de réduire le risque qu’un récepteur espion qui est situé à proximité du chemin de propagation des signaux laser, ou en dehors d’un volume d’exclusion, puisse détecter avec succès les signaux transmis.More particularly, the invention aims to reduce the risk that a spy receiver which is located near the propagation path of the laser signals, or outside an exclusion volume, can successfully detect the transmitted signals.
Un but annexe de l’invention est de permettre d’augmenter le taux génération de clés pour un mode de communication par faisceau laser.An additional aim of the invention is to make it possible to increase the key generation rate for a mode of communication by laser beam.
Pour atteindre l’un au moins de ces buts ou un autre, un premier aspect de l’invention propose un terminal optique de communication par signaux laser, adapté pour émettre un faisceau laser, appelé faisceau laser utile, qui est modulé de façon à transmettre des signaux utiles à destination d’un récepteur optique externe au terminal optique, appelé récepteur destinataire. Pour cela, le faisceau laser utile possède au moins une longueur d’onde et forme au moins une tache d’éclairement à l’intérieur d’un plan, appelé plan de réception, qui est perpendiculaire à une direction de propagation du faisceau laser utile et qui est situé au niveau du récepteur destinataire.To achieve at least one of these goals or another, a first aspect of the invention proposes an optical terminal for communication by laser signals, adapted to emit a laser beam, called a useful laser beam, which is modulated so as to transmit useful signals to an optical receiver external to the optical terminal, called a destination receiver. For this, the useful laser beam has at least one wavelength and forms at least one illumination spot inside a plane, called the reception plane, which is perpendicular to a direction of propagation of the useful laser beam. and which is located at the recipient receiver.
Selon l’invention, le terminal optique est adapté pour émettre en outre un faisceau lumineux de brouillage, de sorte que le faisceau laser utile et le faisceau lumineux de brouillage satisfassent les propriétés suivantes :
- le faisceau laser utile et le faisceau lumineux de brouillage sont émis simultanément ;
- une direction d’émission du faisceau lumineux de brouillage est telle que ce faisceau lumineux de brouillage forme, dans le plan de réception, une superposition avec le faisceau laser utile ;
- le faisceau lumineux de brouillage possède une valeur de puissance spectrale non-nulle pour la longueur d’onde du faisceau laser utile, telle qu’à cette longueur d’onde et dans le plan de réception, le faisceau lumineux de brouillage constitue une contribution de bruit par rapport aux signaux utiles ; et
- des intensités respectives du faisceau laser utile et du faisceau lumineux de brouillage sont telles qu’à la longueur d’onde du faisceau laser utile et dans le plan de réception, il existe une zone, appelée zone de destination, à l’intérieur de laquelle la superposition des deux faisceaux présente des valeurs d’un rapport signal-sur-bruit, pour les signaux utiles, en n’importe quel point de la zone de destination qui sont toutes supérieures à une valeur limite, et ce rapport signal-sur-bruit possède simultanément des valeurs qui sont toutes inférieures à la valeur limite en n’importe quel autre point du plan de réception à l’extérieur de la zone de destination.According to the invention, the optical terminal is adapted to further emit a jamming light beam, so that the useful laser beam and the jamming light beam satisfy the following properties:
- the useful laser beam and the jamming light beam are emitted simultaneously;
- a direction of emission of the jamming light beam is such that this jamming light beam forms, in the reception plane, a superposition with the useful laser beam;
- the jamming light beam has a non-zero spectral power value for the wavelength of the useful laser beam, such that at this wavelength and in the reception plane, the jamming light beam constitutes a contribution noise compared to useful signals; And
- respective intensities of the useful laser beam and the jamming light beam are such that at the wavelength of the useful laser beam and in the reception plane, there exists a zone, called the destination zone, inside which the superposition of the two beams presents values of a signal-to-noise ratio, for the useful signals, at any point in the destination zone which are all greater than a limit value, and this signal-to-noise ratio -noise simultaneously has values which are all less than the limit value at any other point in the reception plane outside the destination area.
L’invention instaure donc une sécurité par couche physique additionnelle, pour la transmission de signaux utiles dans le cas d’un mode de communication qui utilise une propagation de faisceau laser en champ libre. Dans le cadre de la présente description, on entend par signaux utiles les signaux qui résultent de la modulation du faisceau laser utile afin de transcrire des données dans un format qui en permet la transmission au récepteur destinataire. Le terminal optique de communication par signaux laser qui est l’objet du premier aspect de l’invention est Alice selon l’appellation conventionnelle du domaine technique du cryptage quantique, et le récepteur destinataire est Bob. L’invention ajoute donc le faisceau lumineux de brouillage au faisceau laser utile, lors de la communication d’Alice à Bob, pour réduire la possibilité qu’un espion, c’est-à-dire Eve, parvienne à détecter les signaux utiles en plaçant un récepteur espion à proximité de Bob. Grâce à l’ajustement de l’intensité du faisceau lumineux de brouillage par rapport à celle du faisceau laser utile, tel que proposé par l’invention, la détection des signaux utiles par Eve en plaçant un récepteur espion en dehors de la zone de destination est rendu plus difficile, voire impossible. Cette confidentialité est obtenue par l’invention sans dégrader sensiblement la qualité de la transmission entre Alice et Bob.The invention therefore establishes security by additional physical layer, for the transmission of useful signals in the case of a mode of communication which uses laser beam propagation in a free field. In the context of this description, useful signals are understood to mean signals which result from the modulation of the useful laser beam in order to transcribe data into a format which allows transmission to the recipient receiver. The optical terminal for communication by laser signals which is the subject of the first aspect of the invention is Alice according to the conventional name in the technical field of quantum encryption, and the recipient receiver is Bob. The invention therefore adds the jamming light beam to the useful laser beam, during communication from Alice to Bob, to reduce the possibility that a spy, that is to say Eve, manages to detect the useful signals by placing a spy receiver near Bob. Thanks to the adjustment of the intensity of the jamming light beam in relation to that of the useful laser beam, as proposed by the invention, the detection of useful signals by Eve by placing a spy receiver outside the destination zone is made more difficult, if not impossible. This confidentiality is obtained by the invention without significantly degrading the quality of the transmission between Alice and Bob.
Préférablement, le terminal optique peut être adapté pour qu’en n’importe quel point à l’intérieur de la zone de destination, le faisceau laser utile produise une valeur d’éclairement qui est supérieure à une valeur d’éclairement du faisceau lumineux de brouillage à la longueur d’onde du faisceau laser utile, et pour qu’en n’importe quel autre point du plan de réception à l’extérieur de la zone de destination, le faisceau laser utile produise simultanément une valeur d’éclairement qui est inférieure à une valeur d’éclairement du faisceau lumineux de brouillage aussi à la longueur d’onde du faisceau laser utile. Lorsque le faisceau lumineux de brouillage constitue la principale source de bruit, par rapport à d’autres contributions au bruit pouvant exister par ailleurs et qui seraient beaucoup plus faibles, la valeur limite du rapport signal-sur-bruit est alors sensiblement égale à un à la frontière de la zone de destination. Toutefois, il n’est pas indispensable que la valeur limite du rapport signal-sur-bruit qui est produite selon l’invention à la frontière de la zone de destination soit égale à un.Preferably, the optical terminal can be adapted so that at any point inside the destination zone, the useful laser beam produces an illuminance value which is greater than an illuminance value of the light beam of interference at the wavelength of the useful laser beam, and so that at any other point on the reception plane outside the destination zone, the useful laser beam simultaneously produces an illuminance value which is less than an illumination value of the jamming light beam also at the wavelength of the useful laser beam. When the jamming light beam constitutes the main source of noise, compared to other contributions to the noise which may otherwise exist and which would be much weaker, the limiting value of the signal-to-noise ratio is then approximately equal to one to the border of the destination area. However, it is not essential that the limit value of the signal-to-noise ratio which is produced according to the invention at the border of the destination zone is equal to one.
De façon générale pour l’invention, le terminal optique peut être adapté de sorte que le faisceau lumineux de brouillage soit modulé de façon aléatoire ou pseudo-aléatoire. Le bruit qui est produit ainsi par le faisceau lumineux de brouillage peut avoir une caractéristique spectrale quelconque. Notamment, ce peut être une caractéristique spectrale de bruit blanc, de bruit d’émission spontanée, de bruit thermique, etc.Generally for the invention, the optical terminal can be adapted so that the jamming light beam is modulated randomly or pseudo-randomly. The noise which is thus produced by the jamming light beam can have any spectral characteristic. In particular, it may be a spectral characteristic of white noise, spontaneous emission noise, thermal noise, etc.
Dans divers modes de réalisation de l’invention, le terminal optique peut être adapté de sorte que chacun du faisceau laser utile et du faisceau lumineux de brouillage soit modulé sous forme d’impulsions successives. Toutefois, l’invention est compatible avec d’autres modes de modulation, tels qu’une modulation de polarisation, une modulation de fréquence ou une modulation de phase, par exemple.In various embodiments of the invention, the optical terminal can be adapted so that each of the useful laser beam and the jamming light beam is modulated in the form of successive pulses. However, the invention is compatible with other modulation modes, such as polarization modulation, frequency modulation or phase modulation, for example.
De façon préférée mais sans être indispensable, le faisceau lumineux de brouillage peut être un autre faisceau laser, qui possède alors une longueur d’onde identique à celle du faisceau laser utile.Preferably but without being essential, the jamming light beam can be another laser beam, which then has a wavelength identical to that of the useful laser beam.
Encore de façon générale pour l’invention, le terminal optique peut comprendre une source de bruit qui est agencée pour moduler le faisceau lumineux de brouillage.Still generally for the invention, the optical terminal can comprise a noise source which is arranged to modulate the jamming light beam.
Dans des premiers modes de réalisation possibles de l’invention, le terminal optique peut comprendre une optique de sortie, notamment de type télescope, qui est agencée pour transmettre simultanément le faisceau laser utile et le faisceau lumineux de brouillage en superposition l’un avec l’autre dans cette optique de sortie. De tels premiers modes de réalisation pour le terminal optique réduisent sa masse et son encombrement, ce qui est particulièrement avantageux pour un terminal optique qui est embarqué à bord d’un satellite.In first possible embodiments of the invention, the optical terminal can comprise an output optic, in particular of the telescope type, which is arranged to simultaneously transmit the useful laser beam and the jamming light beam in superposition one with the 'other in this perspective of exit. Such first embodiments for the optical terminal reduce its mass and its bulk, which is particularly advantageous for an optical terminal which is on board a satellite.
Dans des seconds modes de réalisation, alternatifs aux premiers, le terminal optique peut comprendre deux optiques de sortie qui sont séparées, chaque optique de sortie pouvant notamment être du type télescope, l’une l’elles étant agencée pour transmettre le faisceau laser utile et l’autre pour transmettre le faisceau lumineux de brouillage.In second embodiments, alternative to the first, the optical terminal may comprise two output optics which are separate, each output optic may in particular be of the telescope type, one of them being arranged to transmit the useful laser beam and the other to transmit the jamming light beam.
Encore de façon générale pour l’invention, le terminal optique peut comprendre en outre au moins un détecteur, appelé détecteur d’intrusion, qui est adapté pour révéler un autre récepteur optique externe au terminal optique, appelé récepteur espion et correspondant à Eve, si ce récepteur espion est situé dans une zone du plan de réception, appelée zone d’exclusion, qui contient la zone de destination en étant plus grande que cette dernière. La sécurité ou confidentialité de la communication par signaux laser peut ainsi être améliorée dans une mesure supplémentaire. Un tel détecteur d’intrusion peut comprendre au moins l’un parmi un système radar, un système de détection infrarouge, et un système LIDAR. Dans un cas où le détecteur d’intrusion comprend un système LIDAR et un système de balayage qui est agencé pour produire un balayage de la zone d’exclusion par le rayonnement émis par le système LIDAR, le terminal optique et le système LIDAR peuvent partager une optique de sortie par laquelle sont transmis le faisceau laser utile et le rayonnement du système LIDAR, et possiblement aussi le faisceau lumineux de brouillage, et par laquelle est collectée une partie du rayonnement émis par le système LIDAR qui a été rétroréfléchie ou rétrodiffusée par le récepteur espion. Par optique de sortie partagée est entendue une optique de sortie du terminal dans laquelle le(s) faisceau(x) et le rayonnement du système LIDAR sont superposés.Still generally for the invention, the optical terminal can further comprise at least one detector, called intrusion detector, which is adapted to reveal another optical receiver external to the optical terminal, called spy receiver and corresponding to Eve, if this spy receiver is located in a zone of the reception plane, called exclusion zone, which contains the destination zone while being larger than the latter. The security or confidentiality of communication by laser signals can thus be improved to an additional extent. Such an intrusion detector may include at least one of a radar system, an infrared detection system, and a LIDAR system. In a case where the intrusion detector comprises a LIDAR system and a scanning system which is arranged to produce a scan of the exclusion zone by the radiation emitted by the LIDAR system, the optical terminal and the LIDAR system can share a output optics through which the useful laser beam and the radiation from the LIDAR system are transmitted, and possibly also the jamming light beam, and through which part of the radiation emitted by the LIDAR system is collected which has been retroreflected or backscattered by the receiver spy. Shared output optics means output optics from the terminal in which the beam(s) and the radiation of the LIDAR system are superimposed.
Un deuxième aspect de l’invention propose un engin porteur tel qu’un satellite, un véhicule terrestre, un navire, un aéronef, un drone, ou une station-plateforme à haute altitude, couramment désignée par HAPS pour «High-Altitude Platform Station» en anglais, cet engin porteur comprenant un terminal optique qui est conforme au premier aspect de l’invention, y compris ses perfectionnements, et qui est embarqué à bord de l’engin porteur. L’invention permet alors d’améliorer le niveau de sécurité de communications dites à liaisons descendantes dans le cas de transmissions à partir du satellite à destination du véhicule terrestre, navire, aéronef, drone, ou de la station-plateforme à haute altitude, ou de communications dites à liaisons montantes dans le cas de transmissions à partir du véhicule terrestre, navire, aéronef, drone, ou de la station-plateforme à haute altitude à destination du satellite.A second aspect of the invention proposes a carrier vehicle such as a satellite, a land vehicle, a ship, an aircraft, a drone, or a high-altitude platform station, commonly designated by HAPS for “High-Altitude Platform Station » in English, this carrier comprising an optical terminal which conforms to the first aspect of the invention, including its improvements, and which is on board the carrier. The invention then makes it possible to improve the level of security of so-called downlink communications in the case of transmissions from the satellite to the land vehicle, ship, aircraft, drone, or the high altitude platform station, or so-called uplink communications in the case of transmissions from the land vehicle, ship, aircraft, drone, or the high altitude platform station to the satellite.
Un troisième aspect de l’invention propose une station de transmission, notamment une telle station qui est fixe à la surface de la Terre, cette station de transmission comprenant un terminal optique qui est conforme au premier aspect de l’invention, y compris ses perfectionnements. Dans ce cas, l’invention permet d’améliorer le niveau de sécurité de communications à liaisons montantes, de la station de transmission vers un satellite.A third aspect of the invention proposes a transmission station, in particular such a station which is fixed on the surface of the Earth, this transmission station comprising an optical terminal which conforms to the first aspect of the invention, including its improvements . In this case, the invention makes it possible to improve the level of security of uplink communications, from the transmission station to a satellite.
Un quatrième aspect de l’invention propose un système de communication par signaux laser comprenant un terminal optique qui est conforme au premier aspect de l’invention, un récepteur destinataire qui est externe au terminal optique, et des moyens pour révéler un récepteur espion, qui est externe au terminal optique et au récepteur destinataire, si ce récepteur espion est situé dans la zone d’exclusion. A la place des moyens pour révéler le récepteur espion, ou en plus de ceux-ci, le système peut comprendre des moyens pour empêcher qu’aucun récepteur espion ne se trouve dans la zone d’exclusion. Alors, la superposition du faisceau laser utile et du faisceau lumineux de brouillage présente des valeurs du rapport signal-sur-bruit, pour les signaux utiles, en n’importe quel point du plan de réception à l’extérieur de la zone d’exclusion, qui sont toutes inférieures à une valeur limite supplémentaire, cette valeur limite supplémentaire étant plus basse que la valeur limite relative à la zone de destination.A fourth aspect of the invention proposes a laser signal communication system comprising an optical terminal which conforms to the first aspect of the invention, a recipient receiver which is external to the optical terminal, and means for revealing a spy receiver, which is external to the optical terminal and to the recipient receiver, if this spy receiver is located in the exclusion zone. Instead of or in addition to the means for revealing the spy receiver, the system may include means for preventing any spy receiver from being in the exclusion zone. Then, the superposition of the useful laser beam and the jamming light beam presents values of the signal-to-noise ratio, for the useful signals, at any point of the reception plane outside the exclusion zone , which are all lower than an additional limit value, this additional limit value being lower than the limit value relating to the destination zone.
Enfin, un cinquième aspect de l’invention propose un procédé de transmission de signaux utiles entre un terminal optique qui est conforme au premier aspect de l’invention, et qui est l’émetteur des signaux utiles, et un récepteur destinataire qui est externe au terminal optique, et auquel les signaux utiles sont destinés. Selon ce procédé :
- le faisceau laser utile est émis en direction du récepteur destinataire de sorte que ce récepteur destinataire soit à l’intérieur de la zone de destination ; et
- le faisceau lumineux de brouillage est émis par le terminal optique de sorte que le faisceau laser utile soit superposé au faisceau lumineux de brouillage.Finally, a fifth aspect of the invention proposes a method of transmitting useful signals between an optical terminal which conforms to the first aspect of the invention, and which is the transmitter of the useful signals, and a recipient receiver which is external to the optical terminal, and to which the useful signals are intended. According to this process:
- the useful laser beam is emitted in the direction of the destination receiver so that this destination receiver is inside the destination zone; And
- the jamming light beam is emitted by the optical terminal so that the useful laser beam is superimposed on the jamming light beam.
De préférence, le faisceau lumineux de brouillage peut être activé avant un début de la transmission des signaux utiles, puis maintenu jusqu’après une interruption de cette transmission.Preferably, the jamming light beam can be activated before the transmission of useful signals begins, then maintained until after an interruption of this transmission.
Dans des applications possibles du procédé, à liaisons descendantes, le terminal optique peut être embarqué à bord d’un satellite qui est en orbite autour de la Terre, et le récepteur destinataire peut être une partie d’une station de réception terrestre fixe, ou peut être à bord d’un véhicule ou d’un navire qui est à la surface de la Terre, ou à bord d’un aéronef, d’un drone ou d’une station-plateforme à haute altitude, ou encore peut être une partie d’un équipement portatif pour un utilisateur qui est à la surface de la Terre.In possible downlink applications of the method, the optical terminal may be on board a satellite that is in orbit around the Earth, and the recipient receiver may be part of a fixed terrestrial receiving station, or may be on board a vehicle or vessel that is on the surface of the Earth, or on board an aircraft, drone or high-altitude platform station, or may be a part of a portable equipment for a user who is on the surface of the Earth.
Dans d’autres applications possibles du procédé, à liaisons montantes, le terminal optique peut être une partie d’une station de transmission terrestre fixe, ou peut être à bord d’un véhicule ou d’un navire qui est à la surface de la Terre, ou à bord d’un aéronef, d’un drone ou d’une station-plateforme à haute altitude, ou encore peut être une partie d’un équipement portatif pour un utilisateur qui est à la surface de la Terre. Le récepteur destinataire peut alors être embarqué à bord d’un satellite qui est en orbite autour de la Terre.In other possible uplink applications of the method, the optical terminal may be a part of a fixed terrestrial transmission station, or may be on board a vehicle or vessel which is on the surface of the Earth, or on board an aircraft, drone or high-altitude platform station, or may be part of portable equipment for a user who is on the surface of the Earth. The recipient receiver can then be embarked on board a satellite which is in orbit around the Earth.
Le procédé peut être combiné avec l’utilisation d’au moins un détecteur d’intrusion pour révéler un récepteur espion qui est externe au terminal optique et au récepteur destinataire, si ce récepteur espion est situé dans la zone d’exclusion telle que définie plus haut. Le détecteur d’intrusion peut notamment être de l’un des types mentionnés plus haut. Il peut être situé préférablement au niveau du terminal optique qui émet les signaux utiles, ou au niveau du récepteur destinataire. Dans le premier cas, le détecteur d’intrusion peut être incorporé au moins en partie dans le terminal optique émetteur des signaux utiles.The method can be combined with the use of at least one intrusion detector to reveal a spy receiver which is external to the optical terminal and to the recipient receiver, if this spy receiver is located in the exclusion zone as defined more high. The intrusion detector may in particular be of one of the types mentioned above. It can be preferably located at the optical terminal which transmits the useful signals, or at the destination receiver. In the first case, the intrusion detector can be incorporated at least partly into the optical terminal emitting useful signals.
Pour raison de clarté, les dimensions des éléments qui sont représentés dans ces figures ne correspondent ni à des dimensions réelles, ni à des rapports de dimensions réels. En outre, certains de ces éléments ne sont représentés que symboliquement, et des références identiques qui sont indiquées dans des figures différentes désignent des éléments identiques ou qui ont des fonctions identiques.For reasons of clarity, the dimensions of the elements which are represented in these figures correspond neither to real dimensions nor to real dimensional ratios. Furthermore, some of these elements are only represented symbolically, and identical references which are indicated in different figures designate identical elements or which have identical functions.
La direction centrale de propagation du faisceau laser utile FU est notée A-A. De façon connue, le faisceau laser utile FU possède une section de petite taille au niveau du satellite 10, correspondant à la pupille de sortie du terminal 1, et possède une section plus grande au niveau de la station-sol 20. Ainsi, le faisceau laser utile FU produit une tache d’éclairement dans un plan de réception PR qui est tangent à la surface de la Terre à l’emplacement de la station-sol 20. Pour que les signaux laser soient détectés avec succès par le récepteur destinataire 2, il est nécessaire que le faisceau laser utile FU possède une valeur suffisante d’un rapport signal-sur-bruit à l’endroit du récepteur destinataire 2. La partie de la tache d’éclairement dans laquelle le rapport signal-sur-bruit est supérieur à une valeur limite qui permet la détection réussie des signaux laser est appelée zone de destination, et notée ZD. Le terminal 1 doit alors être contrôlé pour pointer le faisceau laser utile FU de sorte que le récepteur destinataire 2 se trouve à l’intérieur de la zone de destination ZD à chaque instant pendant la transmission des données.The central direction of propagation of the useful laser beam FU is denoted A-A. In known manner, the useful laser beam FU has a small section at satellite 10, corresponding to the exit pupil of terminal 1, and has a larger section at ground station 20. Thus, the beam useful laser FU produces a spot of illumination in a reception plane PR which is tangent to the surface of the Earth at the location of the ground station 20. For the laser signals to be successfully detected by the recipient receiver 2, it is necessary that the useful laser beam FU has a sufficient value of a signal-to-noise ratio at the location of the recipient receiver 2. The part of the illumination spot in which the signal-to-noise ratio is greater at a limit value which allows the successful detection of laser signals is called destination zone, and denoted ZD. Terminal 1 must then be controlled to point the useful laser beam FU so that the destination receiver 2 is within the destination zone ZD at all times during data transmission.
Or à l’intérieur du plan de réception PR, la zone de destination ZD est plus grande que l’espace qui est occupé par le récepteur destinataire 2. Pour cette raison, un récepteur espion 3 qui serait aussi situé dans la zone de destination ZD, bien qu’étant séparé du récepteur destinataire 2, pourrait détecter simultanément à ce dernier et avec succès les signaux laser utiles transmis par le terminal 1. Mais parce que le faisceau laser utile FU possède en fait une extension transversale qui déborde au-delà de la zone de destination ZD, même si le récepteur espion 3 est à l’extérieur de cette zone de destination ZD, il pourrait encore détecter une partie des signaux laser utiles, bien qu’avec un taux d’erreurs qui augmente en fonction de la distance du récepteur espion 3 par rapport à la direction centrale de propagation A-A. Le but de l’invention est alors de réduire la possibilité pour le récepteur espion 3, couramment appelé Eve, de recevoir avec succès les données qui sont transmises par le terminal 1, appelé Alice, au récepteur destinataire 2, appelé Bob. La description qui suit est fournie en supposant que le récepteur espion 3 est dans le plan de réception PR, car ce plan correspond dans la pratique au risque maximal d’intrusion par Eve, mais l’Homme du métier sera capable de transposer cette description à n’importe quel niveau le long de la direction centrale de propagation A-A auquel pourrait se trouver le récepteur espion 3.However, inside the reception plane PR, the destination zone ZD is larger than the space which is occupied by the destination receiver 2. For this reason, a spy receiver 3 which would also be located in the destination zone ZD , although being separated from the recipient receiver 2, could detect simultaneously with the latter and successfully the useful laser signals transmitted by the terminal 1. But because the useful laser beam FU in fact has a transverse extension which extends beyond the destination zone ZD, even if the spy receiver 3 is outside this destination zone ZD, it could still detect part of the useful laser signals, although with an error rate which increases depending on the distance of the spy receiver 3 relative to the central direction of propagation A-A. The aim of the invention is then to reduce the possibility for the spy receiver 3, commonly called Eve, to successfully receive the data which are transmitted by the terminal 1, called Alice, to the recipient receiver 2, called Bob. The following description is provided assuming that the spy receiver 3 is in the reception plan PR, because this plan corresponds in practice to the maximum risk of intrusion by Eve, but those skilled in the art will be able to transpose this description to any level along the central propagation direction A-A at which spy receiver 3 might be located.
Selon l’invention, le terminal 1 émet, en même temps que le faisceau laser utile FU, un faisceau lumineux de brouillage FB de sorte que les deux faisceaux FU et FB soient superposés dans le plan de réception PR. Dans la pratique, les deux faisceaux FU et FB ont des directions centrales de propagation respectives qui sont quasi-identiques, du fait de l’éloignement du terminal 1 par rapport au récepteur destinataire 2. Le faisceau lumineux de brouillage FB a pour fonction de produire des valeurs du rapport signal-sur-bruit en dehors de la zone de destination ZD, qui sont supérieures à la valeur limite qui permet de détecter avec succès les signaux laser utiles transmis par le terminal 1. Pour que le faisceau lumineux de brouillage FB produise un bruit qui ne puisse pas être filtré optiquement, il possède une longueur d’onde optique qui est identique à celle du faisceau laser utile FU. De façon préférée, le faisceau lumineux de brouillage FB est aussi un faisceau laser. Dans ce cas, sa longueur d’onde est identique à celle du faisceau laser utile FU, et la puissance spectrale du faisceau lumineux de brouillage FB est alors équivalente à la puissance de sortie de la source lumineuse qui le produit, aussi couramment appelée intensité du faisceau lumineux de brouillage FB. Toutefois, des modes de réalisation de l’invention sont aussi possibles, pour lesquels le faisceau lumineux de brouillage FB est produit par des sources optiques d’autres types, tels qu’à base d’une ou plusieurs diodes électroluminescentes, ou LED, par exemple. Pour que le faisceau lumineux de brouillage FB constitue un bruit par rapport au faisceau laser utile FU, les deux faisceaux FU et FB ont aussi un même type de modulation. Par exemple, les deux faisceaux sont modulés en intensité pour transmettre leurs rayonnements respectifs sous forme d’impulsions successives. La modulation du faisceau laser utile FU est produite pour transférer les données jusqu’au récepteur destinataire 2, et la modulation du faisceau lumineux de brouillage FB est produite indépendamment de celle du faisceau laser utile FU, afin de produire un bruit de brouillage pour les signaux laser utiles. Pour cela, les modulations du faisceau lumineux de brouillage FB peuvent être aléatoires ou pseudo-aléatoires.According to the invention, the terminal 1 emits, at the same time as the useful laser beam FU, a jamming light beam FB so that the two beams FU and FB are superimposed in the reception plane PR. In practice, the two beams FU and FB have respective central directions of propagation which are almost identical, due to the distance of the terminal 1 from the destination receiver 2. The jamming light beam FB has the function of producing values of the signal-to-noise ratio outside the destination zone ZD, which are greater than the limit value which makes it possible to successfully detect the useful laser signals transmitted by the terminal 1. So that the jamming light beam FB produces a noise which cannot be filtered optically, it has an optical wavelength which is identical to that of the useful laser beam FU. Preferably, the jamming light beam FB is also a laser beam. In this case, its wavelength is identical to that of the useful laser beam FU, and the spectral power of the jamming light beam FB is then equivalent to the output power of the light source which produces it, also commonly called the intensity of the FB jamming light beam. However, embodiments of the invention are also possible, for which the jamming light beam FB is produced by optical sources of other types, such as based on one or more light-emitting diodes, or LEDs, by example. So that the jamming light beam FB constitutes noise compared to the useful laser beam FU, the two beams FU and FB also have the same type of modulation. For example, the two beams are modulated in intensity to transmit their respective radiation in the form of successive pulses. The modulation of the useful laser beam FU is produced to transfer the data to the destination receiver 2, and the modulation of the jamming light beam FB is produced independently of that of the useful laser beam FU, in order to produce jamming noise for the signals useful laser. For this, the modulations of the jamming light beam FB can be random or pseudo-random.
La voie d’émission 1a peut avoir une structure usuelle connue de l’Homme du métier, telle que rappelée succinctement maintenant. La source optique 13a transmet le faisceau laser utile FU, modulé par le système de commande 12a conformément aux données à transmettre, à un module de pointage-avant, ou «point-ahead module» en anglais, qui est désigné par la référence 14a. Le faisceau FU tel qu’émergeant du module de pointage-avant 14a est transmis à l’optique de sortie 11a à travers une optique de relais 15a et un système de pointage principal 16a. En outre, l’optique de relais 15a et le système de pointage principal 16a sont inclus dans une boucle d’asservissement pour assurer que le faisceau laser utile FU parvienne continûment au récepteur 2. Cette boucle d’asservissement comprend un détecteur de poursuite 18a, ou «tracking detector» en anglais, et un compensateur de vibrations 19a, couramment appelé «jitter controller» en anglais. Le détecteur de poursuite 18a, en combinaison avec le compensateur de vibrations 19a, commande l’orientation du système de pointage principal 16a. Le compensateur de vibrations 19a est lui-même alimenté en entrée avec des signaux de détection qui sont délivrés par un capteur inertiel 20a, et qui sont représentatifs de vibrations et de changements d’orientation qui affectent le châssis du satellite 10. De cette façon, la zone de destination ZD reste précisément et continuellement sur le récepteur destinataire 2 malgré les vibrations du satellite 10. Optionnellement, un récepteur de communication optique 17a peut être agencé à partir d’une sortie optique supplémentaire de l’optique de relais 15a, pour détecter et traiter des signaux de communication optique qui sont émis par le récepteur 2.The emission route 1a may have a usual structure known to those skilled in the art, as briefly recalled now. The optical source 13a transmits the useful laser beam FU, modulated by the control system 12a in accordance with the data to be transmitted, to a point-ahead module, which is designated by the reference 14a. The beam FU as it emerges from the forward pointing module 14a is transmitted to the output optics 11a through relay optics 15a and a main pointing system 16a. In addition, the relay optics 15a and the main pointing system 16a are included in a control loop to ensure that the useful laser beam FU continuously reaches the receiver 2. This control loop includes a tracking detector 18a, or “tracking detector” in English, and a vibration compensator 19a, commonly called “jitter controller” in English. The tracking detector 18a, in combination with the vibration compensator 19a, controls the orientation of the main pointing system 16a. The vibration compensator 19a is itself supplied as input with detection signals which are delivered by an inertial sensor 20a, and which are representative of vibrations and changes in orientation which affect the chassis of the satellite 10. In this way, the destination zone ZD remains precisely and continuously on the destination receiver 2 despite the vibrations of the satellite 10. Optionally, an optical communication receiver 17a can be arranged from an additional optical output of the relay optics 15a, to detect and processing optical communication signals which are transmitted by the receiver 2.
La voie d’émission 1b, qui est dédiée au faisceau lumineux de brouillage FB, peut avoir une structure simplifiée en étant couplée à la voie d’émission 1a. La source optique 13b produit le faisceau lumineux de brouillage FB, modulé par le système de commande 12b pour produire le bruit conformément à l’invention. La voie d’émission 1b comprend un module de pointage-avant 14b, une optique de relais 15b, un système de pointage principal 16b, un compensateur de vibrations 19b et capteur inertiel 20b. A la différence de la voie d’émission 1a, la voie d’émission 1b est dépourvue de détecteur de poursuite dédié, et le compensateur de vibrations 19b reçoit en entrée les signaux de détection du récepteur destinataire qui sont délivrés par le détecteur de poursuite 18a, en plus des signaux de détection qui sont délivrés par le capteur inertiel 20b. Ainsi, le faisceau lumineux de brouillage FB est transmis par l’optique de sortie 11b selon la direction centrale de propagation A-A, si bien que les deux faisceaux FU et FB sont co-centrés dans le plan de réception PR du fait de l’éloignement très grand de ce plan de réception PR par rapport au terminal 1.The transmission channel 1b, which is dedicated to the jamming light beam FB, can have a simplified structure by being coupled to the transmission channel 1a. The optical source 13b produces the jamming light beam FB, modulated by the control system 12b to produce the noise in accordance with the invention. The transmission channel 1b includes a forward pointing module 14b, relay optics 15b, a main pointing system 16b, a vibration compensator 19b and inertial sensor 20b. Unlike the transmission channel 1a, the transmission channel 1b does not have a dedicated tracking detector, and the vibration compensator 19b receives as input the detection signals from the recipient receiver which are delivered by the tracking detector 18a , in addition to the detection signals which are delivered by the inertial sensor 20b. Thus, the jamming light beam FB is transmitted by the output optics 11b according to the central direction of propagation A-A, so that the two beams FU and FB are co-centered in the reception plane PR due to the distance very large of this PR reception plan compared to terminal 1.
Le diagramme de
- une contribution de bruit atmosphérique, désignée par ATM, qui est sensiblement indépendante de la distance radiale r ;
- la contribution du faisceau laser utile FU, qui peut avoir un profil radial gaussien ou sensiblement gaussien ; et
- la contribution du faisceau lumineux de brouillage FB, qui peut aussi avoir un profil radial gaussien ou sensiblement gaussien.The diagram of
- an atmospheric noise contribution, designated by ATM, which is substantially independent of the radial distance r;
- the contribution of the useful laser beam FU, which can have a Gaussian or substantially Gaussian radial profile; And
- the contribution of the jamming light beam FB, which can also have a Gaussian or substantially Gaussian radial profile.
Par principe, pour que la communication des données soit possible entre le terminal 1 et le récepteur destinataire 2 avec un taux d’erreur très faible, le faisceau laser utile FU est émis par le terminal 1 avec une intensité qui assure que l’éclairement de ce faisceau laser utile FU dans la tache d’éclairement soit très supérieure à l’éclairement du bruit atmosphérique ATM. Vis-à-vis des signaux laser utiles qui sont transmis par le terminal 1, et lorsque l’invention est utilisée, le bruit est donc principalement produit par le faisceau lumineux de brouillage FB. Pour cette raison, le bruit atmosphérique ATM n’est plus évoqué dans la suite.In principle, so that data communication is possible between the terminal 1 and the recipient receiver 2 with a very low error rate, the useful laser beam FU is emitted by the terminal 1 with an intensity which ensures that the illumination of this useful laser beam FU in the illumination spot is much greater than the illumination of the ATM atmospheric noise. With regard to the useful laser signals which are transmitted by terminal 1, and when the invention is used, the noise is therefore mainly produced by the jamming light beam FB. For this reason, ATM atmospheric noise is no longer mentioned in the following.
La zone de destination ZD peut être définie par une valeur minimale de rapport signal-sur-bruit pour un récepteur qui est situé à l’intérieur de celle-ci. Par exemple, cette valeur minimale du rapport signal-sur-bruit peut correspondre à un taux minimal acceptable d’erreur de réception pour un récepteur qui est situé n’importe où à l’intérieur de cette zone de destination ZD. Du fait de la symétrie autour de la direction centrale de propagation A-A, la zone de destination ZD est un disque ou plus généralement une portion de surface qui est limitée par une ellipse, à l’intérieur du plan de réception PR. A titre d’exemple non-limitatif, la zone de destination ZD peut être définie par une valeur minimale du rapport signal-sur-bruit qui est égale à 1,0. Compte-tenu des hypothèses réalistes précédentes, le cercle ou l’ellipse qui constitue alors la frontière périphérique de la zone de destination ZD correspond aux points du plan de réception PR où les deux faisceaux FU et FB ont une même valeur d’éclairement, comme indiqué dans
Le perfectionnement qui est décrit maintenant a pour but d’assurer que le récepteur espion 3 ne puisse pas accéder aux données transmises par le terminal 1 au récepteur destinataire 2, avec une mesure de sécurité supplémentaire. Pour cela, une zone d’exclusion ZE est prévue dans le plan de réception PR, qui est plus grande que la zone de destination ZD, et à l’extérieur de laquelle le rapport signal-sur-bruit est encore réduit par rapport à sa valeur à la frontière de la zone de destination ZD. Ainsi, la valeur limite du rapport signal-sur-bruit qui est produite sur la frontière de la zone de destination ZD garantit que le récepteur destinataire 2 puisse détecter les signaux transmis avec un taux d’erreur suffisamment faible. Cette valeur limite est notée SNRD. Le rapport signal-sur-bruit est donc supérieur à cette valeur limite SNRDen n’importe quel point à l’intérieur de la zone de destination ZD. Simultanément, le rapport signal-sur-bruit est inférieur à une valeur limite supplémentaire, notée SNRE, en n’importe quel point du plan de réception PR qui est à l’extérieur de la zone d’exclusion ZE. La valeur limite supplémentaire SNREest donc produite sur la limite périphérique de la zone d’exclusion ZE. Ainsi, la valeur limite SNRDest supérieure à la valeur limite supplémentaire SNRE, et l’écart entre les deux constitue la sécurité supplémentaire qui est procurée pour la confidentialité des données transmises.The improvement which is now described aims to ensure that the spy receiver 3 cannot access the data transmitted by the terminal 1 to the destination receiver 2, with an additional security measure. For this, an exclusion zone ZE is provided in the reception plane PR, which is larger than the destination zone ZD, and outside of which the signal-to-noise ratio is further reduced compared to its value at the border of the destination zone ZD. Thus, the limiting value of the signal-to-noise ratio which is produced on the border of the destination zone ZD guarantees that the destination receiver 2 can detect the transmitted signals with a sufficiently low error rate. This limit value is denoted SNR D. The signal-to-noise ratio is therefore greater than this SNR limit value D at any point inside the destination zone ZD. Simultaneously, the signal-to-noise ratio is less than an additional limit value, denoted SNR E , at any point of the reception plane PR which is outside the exclusion zone ZE. The additional limit value SNR E is therefore produced on the peripheral limit of the exclusion zone ZE. Thus, the limit value SNR D is greater than the additional limit value SNR E , and the difference between the two constitutes the additional security which is provided for the confidentiality of the transmitted data.
Pour créer la zone d’exclusion ZE, le système de transmission entre le terminal 1 et le récepteur 2 peut être pourvu de moyens d’empêchement contre une entrée du récepteur espion 3 dans cette zone d’exclusion. De tels moyens d’empêchement peuvent avoir une forme quelconque, telle que des barrières d’isolement par exemple. Alternativement ou en combinaison, le système de transmission entre le terminal 1 et le récepteur 2 peut être pourvu d’au moins un détecteur d’intrusion 30 qui est capable de révéler le récepteur espion 3 dès que ce dernier est situé dans la zone d’exclusion ZE. La zone d’exclusion ZE est indiquée dans
Le détecteur d’intrusion 30 peut être de tout type efficace pour révéler la présence d’un récepteur espion à l’intérieur de la zone d’exclusion ZE. Il peut être situé à proximité du récepteur destinataire 2, ou bien embarqué à bord du satellite 10 comme montré dans
Il peut être tout particulièrement avantageux qu’un tel système LIDAR utilisé en tant que détecteur d’intrusion 30 soit embarqué à bord du satellite 10, en plus du terminal 1, comme montré dans
En utilisant l’approximation bien connue des faisceaux gaussiens, la répartition d’éclairement du faisceau laser utile FU dans le plan de réception PR est :
De façon similaire, la répartition d’éclairement du faisceau lumineux de brouillage FB dans le plan de réception PR est :
Les quatre paramètres EU0, wU, EB0et wBpeuvent être ajustés pour produire la valeur limite SNRDdu rapport signal-sur bruit sur la frontière périphérique de la zone de destination ZD, et simultanément la valeur limite supplémentaire SNREsur la frontière périphérique de la zone d’exclusion ZE. Pour cela, la valeur de EU0et très supérieure à la valeur de EB 0, et la valeur de wUet inférieure à la valeur de wB. Plusieurs modes de sélection de valeurs adéquates peuvent être utilisés, que l’Homme du métier sera capable de mettre en œuvre sans difficulté. Le mode de sélection suivant, simplifié, est donné à titre d’exemple. On peut supposer que le pointage du terminal 1 pour les deux faisceaux FU et FB soit suffisamment précis pour que le récepteur destinataire 2 soit constamment à r=0. Dans ce cas, le rapport signal-sur-bruit tel que perçu par le récepteur destinataire 2 est directement le quotient EU0/EB0, et peut être pris pour la valeur limite SNRD. La valeur du rapport signal-sur-bruit à la frontière périphérique de la zone d’exclusion ZE, c’est-à-dire la valeur limite supplémentaire SNRE, est alors EU(rE)/EB(rE), où rEest le rayon de la frontière périphérique de la zone d’exclusion ZE. Il vient alors :
Il est entendu que l’invention peut être reproduite en modifiant des aspects secondaires de celle-ci par rapport à la description détaillée qui vient d’en être fournie ci-dessus. De telles modifications peuvent dépendre de l’application considérée et de particularités propres à celle-ci. Notamment, à titre d’exemple, le rayon de la zone de destination ZD ou celui wUdu faisceau laser utile FU dans le plan de réception PR peut être choisi d’autant plus grand que le récepteur destinataire 2 est mobile avec une vitesse élevée. En outre, des composants électroniques ou optiques peuvent être utilisés en remplacement des composants cités, lorsqu’ils ont des fonctions équivalentes à celles de ces derniers, ou dont la combinaison des fonctions reproduit le fonctionnement décrit.
It is understood that the invention can be reproduced by modifying secondary aspects thereof in relation to the detailed description which has just been provided above. Such modifications may depend on the application considered and its specific characteristics. In particular, by way of example, the radius of the destination zone ZD or that w U of the useful laser beam FU in the reception plane PR can be chosen as much larger as the destination receiver 2 is mobile with a high speed . In addition, electronic or optical components can be used to replace the components mentioned, when they have functions equivalent to those of the latter, or whose combination of functions reproduces the operation described.
Claims (19)
le terminal optique (1) étant caractérisé en ce qu’il est adapté pour émettre en outre un faisceau lumineux de brouillage (FB), de sorte que le faisceau laser utile (FU) et le faisceau lumineux de brouillage satisfassent les propriétés suivantes :
- le faisceau laser utile (FU) et le faisceau lumineux de brouillage (FB) sont émis simultanément ;
- une direction d’émission du faisceau lumineux de brouillage (FB) est telle que ledit faisceau lumineux de brouillage forme, dans le plan de réception (PR), une superposition avec le faisceau laser utile (FU) ;
- le faisceau lumineux de brouillage (FB) possède une valeur de puissance spectrale non-nulle pour la longueur d’onde du faisceau laser utile (FU), telle qu’à ladite longueur d’onde et dans le plan de réception (PR), le faisceau lumineux de brouillage constitue une contribution de bruit par rapport aux signaux utiles ; et
- des intensités respectives du faisceau laser utile (FU) et du faisceau lumineux de brouillage (FB) sont telles qu’à la longueur d’onde du faisceau laser utile et dans le plan de réception (PR), il existe une zone, appelée zone de destination (ZD), à l’intérieur de laquelle la superposition dudit faisceau laser utile et dudit faisceau lumineux de brouillage présente des valeurs d’un rapport signal-sur-bruit, pour les signaux utiles, en n’importe quel point de ladite zone de destination qui sont toutes supérieures à une valeur limite, et ledit rapport signal-sur-bruit possède simultanément des valeurs qui sont toutes inférieures à la valeur limite en n’importe quel autre point du plan de réception à l’extérieur de ladite zone de destination.Optical terminal (1) for communication by laser signals, adapted to emit a laser beam, called useful laser beam (FU), which is modulated so as to transmit useful signals to an optical receiver external to the optical terminal, called receiver recipient (2), the useful laser beam having at least one wavelength and forming at least one illumination spot inside a plane which is perpendicular to a direction of propagation of said useful laser beam and located at the level of the destination receiver, called reception plane (PR),
the optical terminal (1) being characterized in that it is adapted to further emit a jamming light beam (FB), so that the useful laser beam (FU) and the jamming light beam satisfy the following properties:
- the useful laser beam (FU) and the jamming light beam (FB) are emitted simultaneously;
- a direction of emission of the jamming light beam (FB) is such that said jamming light beam forms, in the reception plane (PR), a superposition with the useful laser beam (FU);
- the jamming light beam (FB) has a non-zero spectral power value for the wavelength of the useful laser beam (FU), such as at said wavelength and in the reception plane (PR) , the jamming light beam constitutes a noise contribution compared to the useful signals; And
- respective intensities of the useful laser beam (FU) and the jamming light beam (FB) are such that at the wavelength of the useful laser beam and in the reception plane (PR), there exists a zone, called destination zone (ZD), inside which the superposition of said useful laser beam and said jamming light beam presents values of a signal-to-noise ratio, for the useful signals, at any point of said destination area which are all greater than a limiting value, and said signal-to-noise ratio simultaneously has values which are all less than the limiting value at any other point of the reception plane outside said destination area.
et pour qu’en n’importe quel autre point du plan de réception (PR) à l’extérieur de la zone de destination (ZD), le faisceau laser utile (FU) produise simultanément une valeur d’éclairement qui est inférieure à une valeur d’éclairement du faisceau lumineux de brouillage aussi à la longueur d’onde dudit faisceau laser utile.Optical terminal (1) according to claim 1, adapted so that at any point inside the destination zone (ZD), the useful laser beam (FU) produces an illuminance value which is greater than an illumination value of the jamming light beam (FB) at the wavelength of said useful laser beam,
and so that at any other point of the reception plane (PR) outside the destination zone (ZD), the useful laser beam (FU) simultaneously produces an illuminance value which is less than one illumination value of the jamming light beam also at the wavelength of said useful laser beam.
le terminal optique (1) étant adapté pour émettre un faisceau laser, appelé faisceau laser utile (FU), qui est modulé de façon à transmettre des signaux utiles à destination du récepteur destinataire (2), ledit faisceau laser utile ayant au moins une longueur d’onde et formant au moins une tache d’éclairement à l’intérieur d’un plan qui est perpendiculaire à une direction de propagation dudit faisceau laser utile et situé au niveau du récepteur destinataire, appelé plan de réception (PR),
le système étant caractérisé en ce que le terminal optique (1) est adapté pour émettre en outre un faisceau lumineux de brouillage (FB), de sorte que le faisceau laser utile (FU) et le faisceau lumineux de brouillage satisfassent les propriétés suivantes :
- le faisceau laser utile (FU) et le faisceau lumineux de brouillage (FB) sont émis simultanément ;
- une direction d’émission du faisceau lumineux de brouillage (FB) est telle que ledit faisceau lumineux de brouillage forme, dans le plan de réception (PR), une superposition avec le faisceau laser utile (FU) ;
- le faisceau lumineux de brouillage (FB) possède une valeur de puissance spectrale non-nulle pour la longueur d’onde du faisceau laser utile (FU), telle qu’à ladite longueur d’onde et dans le plan de réception (PR), le faisceau lumineux de brouillage constitue une contribution de bruit par rapport aux signaux utiles ; et
- des intensités respectives du faisceau laser utile (FU) et du faisceau lumineux de brouillage (FB) sont telles qu’à la longueur d’onde du faisceau laser utile et dans le plan de réception (PR), il existe une zone, appelée zone de destination (ZD), à l’intérieur de laquelle la superposition dudit faisceau laser utile et dudit faisceau lumineux de brouillage présente des valeurs d’un rapport signal-sur-bruit, pour les signaux utiles, en n’importe quel point de ladite zone de destination qui sont toutes supérieures à une valeur limite, et ledit rapport signal-sur-bruit possède simultanément des valeurs qui sont toutes inférieures à la valeur limite en n’importe quel autre point du plan de réception à l’extérieur de ladite zone de destination,
le système comprenant en outre des moyens pour révéler un autre récepteur optique, appelé récepteur espion (3), externe au terminal optique (1) et au récepteur destinataire (2), si ledit récepteur espion est situé dans une zone du plan de réception, appelée zone d’exclusion (ZE), qui contient la zone de destination (ZD) en étant plus grande que ladite zone de destination, ou des moyens pour empêcher qu’aucun récepteur espion ne se trouve dans la zone d’exclusion, la superposition du faisceau laser utile et du faisceau lumineux de brouillage présentant des valeurs du rapport signal-sur-bruit, pour les signaux utiles, en n’importe quel point du plan de réception à l’extérieur de la zone d’exclusion, qui sont toutes inférieures à une valeur limite supplémentaire, ladite valeur limite supplémentaire étant plus basse que la valeur limite relative à la zone de destination.Laser signal communication system comprising an optical terminal (1) and an optical receiver, called recipient receiver (2), which is external to said optical terminal,
the optical terminal (1) being adapted to emit a laser beam, called useful laser beam (FU), which is modulated so as to transmit useful signals to the destination receiver (2), said useful laser beam having at least one length wave and forming at least one spot of illumination inside a plane which is perpendicular to a direction of propagation of said useful laser beam and located at the level of the recipient receiver, called reception plane (PR),
the system being characterized in that the optical terminal (1) is adapted to further emit a jamming light beam (FB), so that the useful laser beam (FU) and the jamming light beam satisfy the following properties:
- the useful laser beam (FU) and the jamming light beam (FB) are emitted simultaneously;
- a direction of emission of the jamming light beam (FB) is such that said jamming light beam forms, in the reception plane (PR), a superposition with the useful laser beam (FU);
- the jamming light beam (FB) has a non-zero spectral power value for the wavelength of the useful laser beam (FU), such as at said wavelength and in the reception plane (PR) , the jamming light beam constitutes a noise contribution compared to the useful signals; And
- respective intensities of the useful laser beam (FU) and the jamming light beam (FB) are such that at the wavelength of the useful laser beam and in the reception plane (PR), there exists a zone, called destination zone (ZD), inside which the superposition of said useful laser beam and said jamming light beam presents values of a signal-to-noise ratio, for the useful signals, at any point of said destination area which are all greater than a limiting value, and said signal-to-noise ratio simultaneously has values which are all less than the limiting value at any other point of the reception plane outside said destination area,
the system further comprising means for revealing another optical receiver, called spy receiver (3), external to the optical terminal (1) and to the recipient receiver (2), if said spy receiver is located in a zone of the reception plane, called exclusion zone (ZE), which contains the destination zone (ZD) being larger than said destination zone, or means for preventing any spy receiver from being in the exclusion zone, the superposition of the useful laser beam and the jamming light beam having signal-to-noise ratio values, for the useful signals, at any point on the reception plane outside the exclusion zone, all of which are lower than an additional limit value, said additional limit value being lower than the limit value relating to the destination zone.
- le faisceau laser utile (FU) est émis en direction du récepteur destinataire (2) de sorte que ledit récepteur destinataire soit à l’intérieur de la zone de destination (ZD) ; et
- le faisceau lumineux de brouillage (FB) est émis par le terminal optique (1) de sorte que le faisceau laser utile (FU) soit superposé audit faisceau lumineux de brouillage.Method for transmitting useful signals between an optical terminal (1) which conforms to any one of claims 1 to 11, transmitter of said useful signals, and a recipient receiver (2) which is external to the optical terminal, according to which:
- the useful laser beam (FU) is emitted towards the destination receiver (2) so that said destination receiver is inside the destination zone (ZD); And
- the jamming light beam (FB) is emitted by the optical terminal (1) so that the useful laser beam (FU) is superimposed on said jamming light beam.
ou bien le terminal optique (1) est une partie d’une station de transmission terrestre fixe, ou peut être à bord d’un véhicule ou d’un navire qui est à la surface de la Terre, ou à bord d’un aéronef, d’un drone ou d’une station-plateforme à haute altitude, ou est une partie d’un équipement portatif pour un utilisateur qui est à la surface de la Terre, et le récepteur destinataire (2) est embarqué à bord d’un satellite qui est en orbite autour de la Terre.Method according to claim 15 or 16, according to which the optical terminal (1) is on board a satellite (10) which is in orbit around the Earth, and the destination receiver (2) is part of a station fixed terrestrial receiving station (20), or is on board a vehicle or ship which is on the surface of the Earth, or on board an aircraft, a drone or a platform station at high altitude, or is a part of portable equipment for a user who is on the surface of the Earth,
or the optical terminal (1) is a part of a fixed terrestrial transmission station, or may be on board a vehicle or ship which is on the surface of the Earth, or on board an aircraft , a drone or a high-altitude platform station, or is a part of portable equipment for a user who is on the surface of the Earth, and the recipient receiver (2) is carried on board a satellite that orbits the Earth.
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Patent Citations (3)
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WO2012052914A2 (en) * | 2010-10-20 | 2012-04-26 | Active Air Ltd. | Countermeasure system |
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