一种基于陈寿元效应的远距离通信系统与方法与流程

本发明涉及一种基于陈寿元效应的远距离通信系统与方法。

背景技术：

目目前的通信技术，以振幅携带信息为主，少量的以频率携带信息。通信距离短，信号衰减快。误码率高。难以实现超远距离的通信，如探测宇宙外生物等。电磁波波的产生、传播、接收理论与技术经过长时间的发展，特别是信息时代，通信模式研究仍然是热点问题。由于电磁波有折射、散射、绕射、或多次折射、散射等因素，信号经过的路径不同，造成误码率高，传输频带窄。传输效率低。

技术实现要素：

为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种基于陈寿元效应的远距离通信系统与方法，其能够保证远距离通信的有效性。

首先进行名词解释：

陈寿元效应：陈寿元在理论及实验中发现，电磁波在传播过程中，功率、振幅随传播距离按距离平方反比衰减，而频率衰减极为缓慢。利用这种极缓慢变化，让波长携带信息，可以理解红移调制，这种调制信号可以传播的更远。也就是说，可以实现超远距离通信。

本发明的一种基于陈寿元效应的远距离通信系统，该系统适用于传输媒质无纵向漂移运动的条件，所述基于陈寿元效应的远距离通信系统包括：

幅值、传播频率及相位大小均预先设定的信号源，信号源发送具有不同的振幅和频率的基带信号；

调制解调器，将基带信号转换为信道中传播的对应的信号形式，并且携带信号源信息，通过发射天线进行发射；

及

接收天线，用于采集传输至其所在位置的发射的信号传送至控制器；

所述控制器，用于对接收到的信号进行解析，进行红移放大处理，还原出信号。

所述控制器，用于对接收到的信号进行解析，得到各个电磁波数据采集器采集到的电磁波的幅值、传播频率及相位大小信息，进而得到电磁波的红移量，以确定通信信息。

进一步的，所述基带信号的电磁波具有不同的波能量值，波能量由两个因子振幅和频率构成。

进一步的，该系统还包括显示器，所述显示器与控制器相连，所述显示器用于实时显示控制器输出的电磁波红移量。

进一步的，所述控制器还用于根据电磁波数据采集器的唯一编码对其采集的信息进行存储。

进一步的，所述控制器还通过云端服务器与远程监控终端相连。

进一步的，所述远程监控终端为pc机或手机终端。

进一步的，所述电磁波数据采集器通过光纤与控制器相连。

本发明还提供了一种基于陈寿元效应的远距离通信系统的通信方法。

本发明的基于陈寿元效应的远距离通信系统的通信方法，在传输媒质无纵向漂移运动的条件下，该方法包括：

预先设定信号的幅值、传播频率及相位大小，发送具有不同的振幅和频率的基带信号；

将基带信号转换为信道中传播的对应的信号形式，并且携带信号源信息，通过发射天线进行发射；

采集传输至其所在位置的发射的信号传送至控制器；

控制器，对接收到的信号进行解析，得到各个电磁波数据采集器采集到的电磁波的幅值、传播频率及相位大小信息，进而得到电磁波的红移量，以确定通信信息。

进一步的，该方法还包括：利用显示器来实时显示控制器输出的电磁波红移量。

进一步的，控制器还根据电磁波数据采集器的唯一编码对其采集的信息进行存储。

进一步的，该方法还包括：控制器将其接收到的信号传送至云端服务器，由云端服务器传送至远程监控终端进行实时远程数据监控。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明在传输媒质无纵向漂移运动的条件下，首先预设幅值、传播频率及相位大小以及地理位置的信号源，利用分别设置于以信号源为圆心的不同同心圆的圆周上的电磁波数据采集器，采集传输至其所在位置的电磁波信号及其编码信息均一并传送至控制器，最后利用控制器对接收到的信号进行解析，得到各个电磁波数据采集器采集到的电磁波的幅值、传播频率及相位大小信息，进而准确测量出电磁波红移测量，最终得到波长与距离的关系。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1是本发明的一种基于陈寿元效应的远距离通信系统与方法的结构示意图。

图2是本发明的一种基于陈寿元效应的远距离通信系统与方法的通信方法的流程图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

本发明所涉及的电磁波包括各个频段的电磁波，比如shf波段电磁波。

本发明所涉及的陈寿元效应为：机械波(包括声波、水波、通过介质传播的各种波)、电磁波(包括无线电波、雷达波、微波、各个波段的光波)、引力波等，由于波在传播过程中，自然存在波能量的扩散、色散、损耗，使得波能量损失，又导致波的振幅降低、频率衰减，引起波长增加，形成所谓的宇宙红移。

红移量，波长相对变化量z：

其中，x—波的传播距离，α—损耗系数；λ0---入射端的波长；λ---波传播到x处的波长。c—光速；ω(0)---入射端波的角速度；k—波损耗过程中，频率衰减的对波能量损耗的贡献因子。

下面针对陈寿元效应进行理论分析：

(1)波能损耗用能位函数表示

波动从a处传送到b处，也要受到万有阻力的作用，损失振动能量。假定：1个单位质量的质点，振动具有的振动能量，称为振动能量位函数，简称振动能位函数。a处振动能位函数用表示，b处振动能位函数用表示，则有：

(1)式中：e—能场强度，克服万有阻力而做功。波动从a点传递到b点的必要条件：

a点的能场强度ea：

1.1、波源的振动能位函数

能位函数：q能量荷(具有能量为q，不占用空间，为理想的点。在坐标系r′，在场点r产生能位函数：

式中：∈--媒质的介能常数，∈0–真空介能常数。

e—能场强度：可用能位函数的负梯度来表示：

1.1.1、质点的无阻尼自由振动

如果能荷q由质点的无阻尼自有振动产生，沿y轴方向振动，符合余弦方式：

y＝acos(ωt+θ)(5)

式中：a–为振幅；ω—振动角速度

质点振动的速度：

质点振动的加速度：

质点的振动能：

单位质点的振动能称为振动能位函数：

(8)和(9)式表明质点的振动能ek、振动能位函数与振动的频率平方成正比。

1.1.2、交流发电机产生的功率

发电机一旦制作完成，它的转子尺寸，转子的面积s是固定值，发电机内部磁场的磁感应强度b基本上是固定值。即通过转子的最大磁通量就是一个固定值：

转子转动时，通过它的磁通量是按余弦变化：

根据法拉第电磁感应定律：感应电动势

(12)式表明感应电动势与发电机的转速平方成正比

发电机提供的瞬时实功率：

(13)式发电机提供的功率与发电机的转速(频率)的平方成正比。

1.1.3、振荡电偶极子产生的电磁波能

振荡电偶极矩：

在远处产生的电场、磁场：

(15)、(16)式表明，振荡电偶极子在远处产生电场、磁场强度与振荡频率平方成正比。

能流密度：坡印廷矢量s：

(17)式表明电偶极子辐射电磁波的能流密度与偶极子振荡频率四次方成正比。

1.2波动的能位函数

波动是振动状态的传播，相位传播。振源的能量以波速向外传递。假定介质中每个质量元彼此通过弹性力相联系，沿y轴方向振动，沿x轴向传播。

波函数的一般表达式：

y(x，t)＝a(x)cos(ω(x)t-kx)(18)

(18)式中：a(x)--波的振幅，通常随传播距离而衰减,是x的函数。ω(x)角速度，目前认为它不随传播距离变化，是不变量。但是前面的分析，振源能量与频率平方成正比。能量是要消耗，散开。能量在空间上的散开，表现占用更大面积或更大的体积空间,使波长变长。在时域上，能量散开意味着占用更多的时间段,使振动的周期有延长的趋势。

波函数中每个质点沿y方向振动的速度：

波动函数的能位函数

(20)式表明波动的能位函数与波动的频率平方成正比。

在一个波长范围内对取均值，因为a(x)，ω(x)在一个波长范围内变化很小，认为是暂稳态值。均值只是对sin²(ω(x)t--kx)进行，波动能位函数的均值为：

假定波函数在信道媒质内传播的功率与能位函数成正比。在一般的条件下，功率p随距离x变化，可用下式表示

式中，α是损耗系数，p(0)为信道入射端x＝0处，入射功率，p(x)为信道x处输出功率。

根据上面的假定，波函数在信道里传输，其能位函数受损耗的影响而衰减，设长度为x信道媒质，入射端x0振动能位函数根据式(22)式，输出端x振动能位函数

把(21)式带入(23)式，得：

a²(x)ω²(x)＝a²(0)ω²(0)e^-αx(24)

对(24)式两边开方，得：

对(25)式进行讨论：

若信号传输过程中，频率不变，即：

ω(x)＝ω(0)

则有：

波函数：y(x，t)＝a(x)cos(ω(x)t-kx)

的振幅a(x)随距离x按(26)式衰减。

雷同于调幅广播。

若信号传输过程中，振幅保持不变，即：

a(x)＝a(0)

则有：

波函数：y(x，t)＝a(x)cos(ω(x)t-kx)

的频率ω(x)随距离x按(27)式衰减。

雷同于调频广播信号传输。频率降低，波长变长，形成信道红移。

a(x)，ω(x)共同分担信号的衰减量：

若信号振幅按(30)式快速衰减，信号的能量积累到频率上。则有ω(x)＞ω(0)

若信号频率按(31)式快速衰减，信号的能量积累到振幅上。则有a(x)＞a(0)更一般情况，a(x)、ω(x)衰减速率：从到之间变化。

1.3信道红移

表1各种通信技术对电磁波频率的应用

信道容量的香农公式：

(32)式：c---信道容量；

w---频带宽度；

---信号与噪声的比值。

由表1和公式(3.1)说明：载波频率越高，信道容量越大，携带信号的能力越强。

假定电磁波传播方向沿着z轴，电场仅沿x轴向振动，磁场强度仅沿y轴方向振动。其平面电磁波的电场、磁场表达式：

hy(z，t)＝h(z)cos(ωt-kz)(33)

ex(z，t)＝e(z)cos(ωt-kz)(34)

法拉第电磁感应定律：

总的感应电动势用表示，单位面积感应电动势用表示。

旋度代表单位面积的环量，电场强度的旋度就是单位面积的感应电动势

把(34)式代入到(36)中，则有：

(37)式表明，当z的磁场变化时，在该点感应产生的感应电动势。

单位面积感应电动势产生的电功率p(z,t)：

(38)式中，r—波阻抗的实数部分。

电功率p(z,t)的均值p(z):

在一般的条件下，功率p随距离z变化，可用下式表示

式中，α是损耗系数，p(0)为信道入射端z＝0处，入射功率，p(z)为信道z处输出功率。

把(39)式带入(40)式，得：

对(41)式两边开方，得：

对(42)式进行讨论

(1)若电磁波传输过程中，频率不变，即：

ω(x)＝ω(0)

则有：

其平面电磁波变化为振幅衰减:

(44)、(45)式与目前理论一致。雷同于调幅广播。

若电磁波传输过程中，振幅保持不变，即：

h(z)＝h(0)；e(z)＝e(0)(46)

电磁波损失的电磁能，只有频率降低，振动能减少。则有：

电磁波的电场强度、磁场强度衰减表达式：

k—波数。

把(50)代入(48)、(49)，得：

波长的变化：

(53)式，当电磁波振幅不变，能量损耗仅有振动频率提供，电磁波在传播过程中，波长变长，频率变低，出现信道红移现象。

(54)式λ0—发射端波长，λ—输出端、接收端的波长。

天文学上习惯用红移z来表示波长的变化：

实施例一

图1是本发明的一种基于陈寿元效应的远距离通信系统与方法的结构示意图。

如图1所示，本发明的一种基于陈寿元效应的远距离通信系统，该系统适用于传输媒质无纵向漂移运动的条件，所述基于陈寿元效应的远距离通信系统包括：

本发明的一种基于陈寿元效应的远距离通信系统，该系统适用于传输媒质无纵向漂移运动的条件，所述基于陈寿元效应的远距离通信系统包括：

发射端：信号源：被传送的信号。调制、解调器：将基带信号变成容易在信道中传播的信号形式，并且携带信号源信息。红移信号载波处理：适合于太空超远距离通信形式处理。发射/接收天线：红移载波信号发射出去，或接收超远距离的信号。

接收端：发射/接收天线：接收超远太空发来的极微弱信号。红移信号处理：对接收的微弱信号，进行红移放大处理，还原出信号。

所述控制器，用于对接收到的信号进行解析，得到各个电磁波数据采集器采集到的电磁波的幅值、传播频率及相位大小信息，进而得到电磁波的红移量。

其中，所述控制器还用于根据电磁波数据采集器的唯一编码对其采集的信息进行存储。

在另一实施例中，该系统还包括显示器，所述显示器与控制器相连，所述显示器用于实时显示控制器输出的电磁波红移量。

在另一实施例中，所述控制器还通过云端服务器与远程监控终端相连。

其中，所述远程监控终端为pc机或手机终端。

具体地，所述电磁波数据采集器通过光纤与控制器相连。

图2是本发明的一种基于陈寿元效应的远距离通信系统的通信方法的流程图。

如图2所示，本发明的基于陈寿元效应的远距离通信系统的通信方法，在传输媒质无纵向漂移运动的条件下，该方法包括：

步骤1：预先设定幅值、传播频率及相位大小的电磁波发生源，并将其设置于传输媒质无纵向漂移运动区域的预设地理位置处；

步骤2：将电磁波数据采集器将电磁波数据采集器还按照其位置设置唯一编码；利用电磁波数据采集器采集传输至其所在位置的电磁波信号及其编码信息均一并传送至控制器；

步骤3：控制器对接收到的信号进行解析，得到各个电磁波数据采集器采集到的电磁波的幅值、传播频率及相位大小信息，进而得到电磁波的红移量。

在另一个实施例中，该方法还包括：利用显示器来实时显示控制器输出的电磁波红移量。

其中，控制器还根据电磁波数据采集器的唯一编码对其采集的信息进行存储。

在另一个实施例中，该方法还包括：控制器将其接收到的信号传送至云端服务器，由云端服务器传送至远程监控终端进行实时远程数据监控。

本发明在传输媒质无纵向漂移运动的条件下，首先预设幅值、传播频率及相位大小以及地理位置的电磁波发生源，利用分别设置于以电磁波发生源为圆心的不同同心圆的圆周上的电磁波数据采集器，采集传输至其所在位置的电磁波信号及其编码信息均一并传送至控制器，最后利用控制器对接收到的信号进行解析，得到各个电磁波数据采集器采集到的电磁波的幅值、传播频率及相位大小信息，进而准确测量出电磁波红移测量，最终得到波长与距离的关系。

实施例二

利用本发明对shf波段电磁波红移测距。其中，该方法根据shf波段电磁波红移较小时，它与距离有近似线性关系，或测量到返回shf波段电磁波的红移量，来换算出的实际距离。红移量较大时，红移量与距离成指数关系，根据该关系，由shf波段电磁波红移量测算出目标物的距离。该通信方法用shf波段电磁波波随传播距离，波长变化(红移)关系式测量距离，用波源功率对shf波段电磁波波红移传播的关系式、波源频率对shf波段电磁波波红移关联式对测量结果进行修正。

现在理论认为shf波段电磁波波频率或波长微小变化由波源与观测者之间的距离变化引起的(为多普勒效应)。本发明提供的shf波段电磁波波频率衰减的原因是shf波段电磁波波在传播过程，由于波能损耗及扩散、色散等，是能量强度降低。波能量的两个因子振幅和频率，在信号强，振幅衰减为主，频率衰减为辅。信号很弱时，振幅、频率都快速衰减。

shf波段电磁波波，并shf波段电磁波波信号经过长距离媒质传输后，测量其频率衰减量，转换成波长变化，即波长相对变化量—红移量。

首先保证测量效应，考虑(1)多普勒效应---shf波段电磁波源位置、测量点位置、及它们的相对距离固定不变。(2)让传输媒质运动。媒质运动引起波长变化—赛克尼克效应；(3)所有的传输通道空间漂移。

信息沟通，频率能通信可以直接发送图形、或象形文字信息，不用任何的编码、解码过程，直接接受，以便接收方接收、理解。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。