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珠峰激光对抗及通信基站群和地空通信链接

阅读:900发布:2020-05-14

专利汇可以提供珠峰激光对抗及通信基站群和地空通信链接专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且该 发明 有关于建立高空激光对抗基站群和空间卫星激光通信网(包括空间卫星量子通信网)之地空链接基站群并用的解决方案,即所谓珠峰激光对抗与通信方案。这里,“珠峰激光对抗与通信”并不是指一定要在珠峰上架设用于激光对抗和通信链接的设备,是指要建立这样一种激光对抗与通信网系统:即,在各大城市郊近及重大要害设施附近或战略要地,建立一系列高海拔地面激光发射接收基站群,而发射接收基站的海拔高度能与珠峰高度相比拟(因此称为珠峰激光对抗与通信),使其高度能高出当地主要 云 层上端(因地而异),包括,基于高峰顶的发射接收基站,基于山峦或高原上筑建的超高高塔的发射接收基站,或基于低海拔地区筑建的超高摩天高塔的发射接收基站,用这些高海拔地面发射接收基站群作为激光对抗与通信系统的地空通信链接点,以构成完整的 风 云无阻的激光对抗实 力 和空间卫星激光通信网及量子通信网。,下面是珠峰激光对抗及通信基站群和地空通信链接专利的具体信息内容。

1.珠峰激光对抗与通信网系统,其特征在于,它含有:
(1)基于特高峰顶的地面发射接收基站;
(2)基于山峰顶的地面发射接收基站和高塔;
(3)基于山峦或高原上筑建的超高高塔的地面发射接收基站和摩天高塔;
(4)基于低海拔地区筑建的超高摩天高塔的地面发射接收基站和超高摩天高塔;
(5)各地面发射接收基站设计海拔高度与当地海拔高度和地理环境有关,但都高出当地主要层上端,通常比珠峰海拔高度或高或低,因地而异,因此特征被称为珠峰激光对抗与通信网系统;
(6)空中有多颗卫星发射接收基站;
(7)卫星与卫星之间有激光通信链接和量子通信链接,构成空中激光通信网和量子通信网;
(8)各地面发射接收基站之间有通过地面的光通信链接和量子通信链接,包括光纤通信链接,构成地面光通信网和量子通信网;
(9)当必要时和条件可许时,各地面发射接收基站之间有直接的激光通信链接,作为空中卫星间通信的补充;
(10)卫星发射接收基站与地面发射接收基站有激光通信链接和量子通信链接,构成地空全域光通信网和量子通信网;
(11)在必要的区域,地面发射接收基站配有激光作战对抗装备,实施云无阻的激光对抗,以保护当地附近城市来自导弹攻击的威胁。
2.根据权利要求1所述的珠峰激光对抗与通信网系统,其特征在于,其地面发射接收基站含有:
(1)激光器,包括通信用激光器和武器用高能激光器;
(2)激光发射装置,包括发射天线,目标跟踪装置,自适应光学校正装置;
(3)激光接受装置,包括接受器,波前传感器
(4)信号处理系统,包括电光和光电转换,编码和解码等。
3.根据权利要求1所述的珠峰激光对抗与通信网系统,其特征在于,其高塔或摩天高塔或超高摩天高塔含有:
(1)多级主干,承担承重功能,自下而上,每级主干截面尺寸逐步减小空心圆柱结构,当必要时,圆柱壁有通风孔或通风网,以减小风阻;
(2)一级或多级缆索,承担稳定,抗风,和抗震功能,自下而上,每级缆索截面尺寸逐步减小,每级缆索下端点可直接固定在地面,或固定在其下更粗的缆索上。
4.根据权利要求1所述的珠峰激光对抗与通信网系统,其特征在于,其高塔或摩天高塔或超高摩天高塔含有:
(1)单一主干,承担承重功能,自下而上,主干截面尺寸连续减小的空心准圆锥等壁结构和非等壁结构,当必要时,圆柱壁有通风孔或通风网,以减小风阻;
(2)一级或多级缆索,承担稳定,抗风,和抗震功能,自下而上,每级缆索截面尺寸逐步减小,每级缆索下端点可直接固定在地面,或固定在其下更粗的缆索上。
5.根据权利要求1所述的珠峰激光对抗与通信网系统,其特征在于,其高塔或摩天高塔或超高摩天高塔含有下列之一:
(1)多级或单一的全部混凝土结构;
(2)多级或单一的全部金属结构;
(3)混合结构,即下面部分是多级或单一的混凝土结构,上面部分是级或单一的金属结构。
6.根据权利要求1所述的珠峰激光对抗与通信网系统,其特征在于,其高塔或摩天高塔或超高摩天高塔含有功能:
(1)模拟珠峰高空旅游观光体验功能;
(2)台风观光及体验功能;
(3)大气物理和台风科学研究功能;
(4)微波通信发射接收塔功能;
(5)广播电视发射塔功能;
(6)电机支撑功能;
(7)城市摩天高楼供水塔功能;
(8)防空雷达系统功能;
(9)气候雷达系统功能;
(10)航空雷达系统功能;
(11)如果需要,其靠近地面的部分还可以附带加建超高居民院庭及楼层,高空跳伞和娱乐场所。

说明书全文

珠峰激光对抗及通信基站群和地空通信链接

技术领域

[0001] 该发明有关于建立高空激光对抗基站群和空间卫星激光通信网(包括空间卫星量子通信网)之地空链接基站群并用的解决方案,即所谓珠峰激光对抗与通信方案,旨在建立这样一种激光对抗与通信网系统:即,在各大城市郊近及重大要害设施附近或战略要地,建立一系列高海拔地面激光发射接收基站群,而发射接收基站的海拔高度能与珠峰高度相比拟(因此称为珠峰激光对抗与通信),使其高度能高出当地主要层上端,用这些高海拔地面发射接收基站群作为激光对抗与通信系统的地空通信链接点,以构成完整的云无阻的激光对抗实和空间卫星激光通信网及量子通信网。

背景技术

[0002] 空间卫星激光通信网的瓶颈在于地空链接受阻于云雾,目前解决方案有:(1)射频(包括微波)链接,虽受云雾影响较小,但其传输带宽非常有限;(2)有人提出用气球或人气球做为向卫星发射和接受站,从地面搭载光线通路,其缺点是显而易见的:(1)高度有限,仍然有更高空云雾困扰;(2)漂浮不定;(3)气球的维护;(4)气球老化速度快,等。如果采用珠峰激光对抗与通信方案,即高空间卫星激光通信网(包括空间卫星量子通信网)的地空链接基站群,就能基本解决上述大部分问题,同时,还可以用作高空激光对抗基站群,此外,还具有:模拟珠峰高空旅游观光体验功能,台风观光及体验功能,大气物理和台风科学研究功能,微波通信发射接收塔功能,广播电视发射塔功能,风力电机支撑功能,城市摩天高楼供水塔功能,防空雷达系统功能,气候雷达系统功能,航空雷达系统功能,如果需要,其靠近地面的部分还可以附带加建超高居民院庭及楼层,高空跳伞和娱乐场,等。

发明内容

[0003] 该发明有关于建立高空激光对抗基站群和空间卫星激光通信网(包括空间卫星量子通信网)之地空链接基站群并用的解决方案,即所谓珠峰激光对抗与通信方案。这里,“珠峰激光对抗与通信”并不是指一定要在珠峰上架设用于激光对抗和通信链接的设备,是指要建立这样一种激光对抗与通信网系统:即,在各大城市郊近及重大要害设施附近或战略要地,建立一系列高海拔地面激光发射接收基站群,而发射接收基站的海拔高度能与珠峰高度相比拟(因此称为珠峰激光对抗与通信),使其高度能高出当地主要云层上端(因地而异),包括,基于高峰顶的发射接收基站,基于山峦或高原上筑建的超高高塔的发射接收基站,或基于低海拔地区筑建的超高摩天高塔的发射接收基站,用这些高海拔地面发射接收基站群作为激光对抗与通信系统的地空通信链接点,以构成完整的风云无阻的激光对抗实力和空间卫星激光通信网及量子通信网。附图说明
[0004] 图1(a),高空激光对抗基站群和空间卫星激光通信网之地空链接基站群并用系统示意图。
[0005] 图1(b),基站群高塔应建高度随地理海拔高度变化示意图。
[0006] 图2,具有多级主干和多级缆索的高塔或摩天高塔或超高摩天高塔的举例。
[0007] 图3,具有多级主干和多级缆索的高塔或摩天高塔或超高摩天高塔的另一举例。
[0008] 图4(a),摩天高塔主干截面尺寸逐步减小空心圆柱结构举例。
[0009] 图4(b),摩天高塔主干截面尺寸连续减小的空心准圆锥等壁厚结构举例。
[0010] 图4(c),摩天高塔主干截面尺寸连续减小的空心准圆锥非等壁厚结构举例。

具体实施方式

[0011] 郑重声明:虽然本专利是以特例形式描述,对于熟悉这个领域人来说,试图对本发明中的材料,构造,结构,尺寸,维度,实体,装置,微电子制造处理,操作步骤,算法,和数据处理方法,作各种不同的变化,修正,更改,装饰和扩展,是非常简单而明了的,但仍然属本发明的精髓和范畴。虽然在描述本发明的过程中,用到了特定首选的材料,构造,结构,实体和装置,但是应该了解,就像已宣称的,本发明不应只限于此特类定的材料,构造,结构,组合/配置,组件实施/实体和装置。
[0012] <系统整体设置举例>
[0013] [段1]如图1(a)所示(特别申明,这里只是举例说明,本发明精髓不限于此),是高空激光对抗基站群和空间卫星激光通信网之地空链接基站群并用系统示意图。系统建立在地球(001)表面,珠峰激光对抗与通信网系统由地面发射接收基站100,101,102,103,和104等,空中有多颗卫星通信发射接收基站201,202,203,和206等,星际激光通信链接401,402,405和406等,地空激光链接501,502,503和504等,和地面光线链接组成。其中地面发射接收基站包括,(1)基于特高峰顶(如301)的地面发射接收基站(如103);(2)基于山峰顶(如303)的地面发射接收基站和高塔(如102),这时,对高塔的高度要求较低;(3)基于山峦或高原上(如302,304)筑建的超高高塔的地面发射接收基站和摩天高塔(如101,104),这时,对高塔的高度要求较高;(4)基于低海拔地区筑建的超高摩天高塔的地面发射接收基站和超高摩天高塔(如100),这时,对高塔的高度要求最高,使发射接收基站都高出当地主要云层上端,通常比珠峰海拔高度或高或低,由当地海拔高度和地理环境,各地面发射接收基站设计海拔高度因地而异(如图1(b)所示)。卫星与卫星之间有激光通信链接和量子通信链接,构成空中激光通信网和量子通信网,各地面发射接收基站之间有通过地面的光通信链接和量子通信链接,包括光纤通信链接,构成地面光通信网和量子通信网,当必要时和条件可许时,各地面发射接收基站之间有直接的激光通信链接,作为空中卫星间通信的补充,卫星发射接收基站与地面发射接收基站有激光通信链接和量子通信链接,构成地空全域光通信网和量子通信网。
[0014] [段2]如果采用这里提出的珠峰激光对抗与通信方案,即高空间卫星激光通信网(包括空间卫星量子通信网)的地空链接基站群,就能基本解决绝大部分云雾问题,同时,摩天高塔上还可以建造高空激光对抗基站,形成高空激光对抗基站群,即,在必要的区域,地面发射接收基站配有激光作战对抗装备,实施风云无阻的激光对抗,以保护当地附近城市来自导弹攻击的威胁,具体地说,就是将激光对抗安装在高塔上,随时探测来侵导弹和飞行器601和602,然后发射高能激光束701和702将其烧损。
[0015] [段3]地面发射接收基站包括:(1)激光器,包括通信用激光器和武器用高能激光器;(2)激光发射装置,包括发射天线,目标跟踪装置,自适应光学校正装置;(3)激光接受装置,包括接受器,波前传感器;(4)信号处理系统,包括电光和光电转换,编码和解码等。
[0016] [段4]此外,摩天高塔还具有,模拟珠峰高空旅游观光体验功能,台风观光及体验功能,大气物理和台风科学研究功能,微波通信发射接收塔功能,广播电视发射塔功能,风力发电机支撑功能,城市摩天高楼供水水塔功能,防空雷达系统功能,气候雷达系统功能,航空雷达系统功能,如果需要,其靠近地面的部分还可以附带加建超高居民院庭及楼层,高空跳伞和娱乐场,等等。目前所有雷达系统(防空功能,气候功能,航空功能)都是从地表向上“看”,安装在摩天高塔上的雷达可以高瞻远瞩地向下“看”,内陆可以“一览群山远”,在沿海可以“俯瞰台风小”,使视野和数据分析能力大为提高。
[0017] <摩天高塔选址>
[0018] [段5]摩天高塔的位置应选在保护目标附近的或离大城市50公里以内的最高的山峰或山丘或山地上,例如,对北京,可选在头沟的东灵山(海拔2303米),对西安,可选在太白山(3771米)或沣峪光头山(2886米),对成都,可选在西岭山(5353米)等,…,等等。摩天高塔主要功能是,提供地天通信(地面基站群与卫星群的)通信,这时,对相邻摩天高塔的间距没有特殊要求。但如果,还要在地面基站群的各站间进行激光通信,相邻摩天高塔的间距平均在300公里为宜,不超过400公里(这时地面基站数目太多,建造成本极大,以致没必要),因为如果距离太长,两站之间光的路径中间点的海拔高度下降很多,大气湍流越严重,大气湍流的影响就越大。
[0019] <摩天高塔举例>
[0020] [段6]如图2所示(特别申明,这里只是举例说明,本发明精髓不限于此),是具有多级主干和多级缆索的高塔或摩天高塔或超高摩天高塔的举例,图3所示是具有多级主干和多级缆索的高塔或摩天高塔或超高摩天高塔的另一举例,高塔的组成包括主干或多级主干(111,112,113,114,115,116,117等,用7级举例,并非限定7级,可以是1级,或任意级),缆索或多级缆索(121,122,123,123等,用4级举例,并非限定4级,可以是1级,或任意级)和发射接收基站(130)。
[0021] [段7]地面建筑的稳定性,抗风和抗震要求,高宽比不得小于6∶1(一般在6∶1到5∶1之间),因此,对于9000米高的超高摩天高塔,要求底部宽度不小于1500米,如果这样,建造成本太高,需要减小底部宽度来减小成本,就要用多级缆索,来承担稳定,抗风,和抗震功能,自下而上,每级缆索截面尺寸逐步减小,每级缆索下端点可直接固定在地面(如图2),或固定在其下更粗的缆索上(如图3),缆索是由多条索合成的索,如同吊桥所使用的缆索一样的制作方法,或粗或细。
[0022] <摩天高塔主干举例>
[0023] [段8]如图4(a)所示(特别申明,这里只是举例说明,本发明精髓不限于此),是多级摩天高塔主干截面尺寸逐步减小空心圆柱结构举例(图中只画了5级,作为例子),图4(b)(c)所示是摩天高塔主干截面尺寸连续减小的空心准圆锥结构举例(包括等壁和非等壁结构),一级或多级缆索,承担稳定,抗风,和抗震功能,自下而上,每级缆索截面尺寸逐步减小,每级缆索下端点可直接固定在地面,或固定在其下更粗的缆索上。当必要时,圆柱壁或准圆锥有通风孔或通风网,以减小风阻,高塔或摩天高塔或超高摩天高塔含有下列结构之一:(1)多级或单一的全部混凝土结构;(2)多级或单一的全部金属结构(图中未画出);(3)混合结构,即下面部分是多级或单一的混凝土结构,上面部分是级或单一的金属结构(图中未画出)。
[0024] <摩天高塔主干可行性>
[0025] [段9]对超高摩天高塔主干可行性的怀疑可能有这几方面:建筑材料的强度,抗震能力,防雷能力,和抗风能力。
[0026] [段10]先分析一下建筑材料的强度问题,当前一般钢筋混凝土的耐压强度是30Mpa到60Mpa(300-600bar),一级钢筋混凝土的耐压强度可达235Mpa=2350bar,1Mpa=1顿/平方米,1bar(一个标准大气压)=1.01325X 10^5pa,因此大气压(或空气浮力差异)可以忽略不计,混凝土比重2350~2400千克/立方米,因此,1立方米混凝土底部对地面压力是2400X 9.8牛顿/平方米~2.4/100Mpa,因此,静态情况下,一般混凝土可以承受60/(2.4/
100)~2500米高的实心混凝土建筑柱,一级混凝土可以承受235/(2.4/100)~9800米高的实心混凝土建筑柱,对于0-7级烈度地震(对应于4-9级地震)造成的地面加速度是(0.1g~
0.4g),如果按0.5g来计算(总加速度1.5g),那么,一般混凝土和一级混凝土可以承受1667米和6528米高的实心混凝土建筑柱。如果按照图4(a)和图4(b)所示的摩天高塔主干截面,其尺寸连续减小的空心圆柱或准圆锥结构,上部重量逐步减轻,或上部结构换成钢架或合金架,上部重量进一步减轻,一般混凝土和一级混凝土可以承受2~2.5倍的实心混凝土建筑柱的高度,即用一级混凝土可达13056米~16320米,因此,建筑材料的强度不是问题。
如果高塔主干每级500米,9000米需要18级,13000米需要26级,如果每级250米,9000米需要
36级,13000米需要52级。
[0027] [段11]关于抗风能力问题,前面已提到,可用多级缆索来解决。多级缆索除了解决抗风问题,还解决抗震稳定性问题,为了抗风和抗震要求,缆索斜度应小于6∶1,对于9000米高的超高摩天高塔,如果缆索按照图2的方式建造,要求高塔最上级主干之缆索(图2中的124)的地面跨度不小于1500米(单边750米),因此,缆索总长18062米(单边9031米)。如果缆索按照图3的方式建造,各级缆索的长度可以短很多,即除了要求高塔最上级主干之缆索(图3中的124)的地面跨度可以短很多,下面部分的缆索可以短很多,但越往下,缆索应该越粗。各级缆索的张紧成都要调节到适当,太紧可能影响缆索使用寿命,太松可能会在台风条件下摆幅过大。
[0028] [段12]关于防雷电能力问题,雷电放电电流通常2000A到3000A,有时高达10000A,电压可达200万伏,雷电放电的类型有云间放电和云地放电,对于常规地面建筑物包括常规摩天大楼,只经历云地放电,但对于这里的超高摩天高塔要经历二者。我们除了用现有的常规避雷技术外,还可以在浇筑钢筋混凝土时,将各级主干里垂直方向的钢筋由底级主干到顶级主干保持导电贯通,同时在各级主干里的适当的各种部位用导体从内部引向混凝土外部,以致暴露给空气云雾,使云雾里的正负电荷分别被释放到大地和被另一电荷中和,以达到避雷效果。
[0029] [段13]关于超高摩天高塔主干的建造成本问题,假设建造9600米高的超高摩天高塔,分为16级主干(每级600米)或32级主干(每级600米),内径始终保持5米(如果图4a所示),外径从底级主干的13米逐步递减到顶级6米。不过我们先估计一下外径从底级到顶级不递减的情况,即始终保持13米,所需钢筋混凝土是1.08百万立方,是三峡大坝用量(16.1百万立方)的15分之一,如果钢筋其中100之一的体积,按现在水泥和钢筋价格(分别是315元人民币/吨,和4500元人民币/吨)计算,水泥耗资7.6亿人民币,钢筋耗资约10亿人民币,总共17.6亿人民币。如果,外径从底级主干的13米逐步递减到顶级6米,成本应该至少减低到一半以下,即8.8亿人民币以下。当年(1994-2004年,平均到1998年)三峡大坝总投资是954.6亿人民币,假定这20年中前十年经济年均增长10%,后十年年均增长7%,那么,20年累计增长5倍,当年的三峡大坝总投资折合到现在应是954.6X 5=4773亿人民币,如果只是主干部分(不包括缆索和施工),一座高摩天高塔主干原材料耗资约为三峡大坝的542分之一,如果按总成本所需钢筋混凝土用量比例来计算,建一座高摩天高塔的总成本约为三峡大坝总成本的15之一,因此,成本预算也是可行的。
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