Titre : TERMINAL OPTIQUE DE COMMUNICATION PAR SIGNAUX LASER

Domaine technique

[0001] 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.

Technique antérieure

[0002] 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.

[0003] 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.

Problème technique

[0004] 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.

[0005] 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.

[0006] Un but annexe de l’invention est de permettre d’augmenter le taux génération de clés pour un mode de communication par faisceau laser.

Résumé de l’invention

[0007] 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.

[0008] 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.

[0009] 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. [0010] De façon générale pour l’invention, le terminal optique peut être adapté pour émettre le faisceau lumineux de brouillage en ajustant une défocalisation de ce faisceau lumineux de brouillage, soit à l’intérieur d’un instrument commun qui produit le faisceau laser utile et le faisceau lumineux de brouillage, soit à l’intérieur d’un instrument qui produit le faisceau lumineux de brouillage en étant séparé d’un autre instrument qui produit le faisceau laser utile.

[0011] Aussi de façon générale pour l’invention, le terminal optique peut être adapté pour que le faisceau laser utile et le faisceau lumineux de brouillage, tels qu’émis par le terminal optique, aient des formes respectives de diagramme d’émission qui sont identiques. Par formes identiques de diagramme d’émission, on entend que les diagrammes d’émission, exprimés chacun sous forme de valeurs de densité angulaire de puissance en fonction de valeurs d’un écart angulaire par rapport à une direction centrale d’émission, sont tous les deux décroissants, ou ont des mêmes alternances successives de décroissance et de croissance. En particulier, le faisceau laser utile et le faisceau lumineux de brouillage, tels qu’émis par le terminal, peuvent avoir des profils gaussiens.

[0012] Encore de façon générale pour l’invention, le faisceau lumineux de brouillage peut être un autre faisceau laser.

[0013] 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. [0014] 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.

[0015] 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.

[0016] 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.

[0017] 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.

[0018] 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.

[0019] 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 Telles étant agencée pour transmettre le faisceau laser utile et l’autre pour transmettre le faisceau lumineux de brouillage.

[0020] 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.

[0021] 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.

[0022] 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. [0023] 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.

[0024] 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.

[0025] 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.

[0026] 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. [0027] 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.

[0028] 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.

Brève description des figures

[0029] [Fig. 1 ] illustre une mise en oeuvre possible de l’invention à partir d’un satellite ;

[0030] [Fig. 2] illustre un premier mode de réalisation possible pour un terminal optique qui est conforme à l’invention ;

[0031] [Fig. 3] illustre un second mode de réalisation possible pour un terminal optique qui est conforme à l’invention ; et

[0032] [Fig. 4] est un diagramme qui montre des répartitions d’éclairement utilisées pour mettre en oeuvre l’invention.

Description détaillée de l’invention

[0033] 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.

[0034] [Fig. 1 ] illustre une utilisation de l’invention pour transmettre des données à partir d’un satellite 10, par exemple un satellite à basse altitude d’orbite, à destination d’une station de réception terrestre 20, couramment appelée station-sol. Dans l’exemple représenté, la station-sol 20 est fixe, mais elle peut aussi être mobile, le récepteur de communication étant alors embarqué à bord d’un véhicule porteur, quel que soit le type terrestre, nautique ou aérien de ce véhicule porteur. Le mode de communication est la transmission de signaux laser en champ libre, qui est bien connue de l’Homme du métier. Par exemple, les données à transmettre sont codées sous forme de modulations d’intensité d’un faisceau laser qui est émis à partir du satellite 10 vers la station-sol 20, appelé faisceau laser utile et désigné par FU, constituant ainsi les signaux laser qui sont transmis. Pour cela, le satellite 10 est équipé d’un terminal optique de communication par signaux laser 1 , et la station-sol 20 est équipée d’un récepteur destinataire 2. Les constitutions et fonctionnements du terminal 1 et du récepteur 2 sont connus, si bien que la description qui suit est limitée aux modifications qui sont apportées selon l’invention au terminal 1 et au récepteur 2. A titre d’exemple, la longueur d’onde du faisceau laser utile FU peut être d’environ 1 ,5 pm (micromètre). L’invention peut être appliquée à la transmission de n’importe quel type de données du terminal 1 au récepteur 2, y compris des données d’images, des clés de cryptage quantique, des clés d’autres types de cryptage, etc.

[0035] 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.

[0036] 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.

[0037] 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.

[0038] [Fig. 2] montre symboliquement une première conception possible pour le terminal 1 , selon laquelle les deux faisceaux FU et FB sont transmis vers l’extérieur par une optique de sortie commune 11 . Par exemple, cette optique de sortie 1 1 peut être un télescope. Deux plans focaux objets PFu et PFB sont associés à cette optique de sortie 1 1 en utilisant un diviseur de faisceau 12 pour superposer les faisceaux FU et FB en direction de l’optique de sortie 1 1. Le diviseur de faisceau 12 peut être un biprisme à division d’intensité. Une source du faisceau laser utile FU, désignée par la référence 13a, est agencée pour délivrer ce faisceau laser utile FU avec une divergence à partir d’un premier foyer qui est situé dans le plan focal PFu. Le système 12a commande la modulation du faisceau laser utile FU de sorte que ce faisceau transporte les données à transmettre. Du fait de la position du premier foyer dans le plan focal PFu, le faisceau laser utile FU est collimaté en aval de l’optique de sortie 1 1 , en direction du récepteur destinataire 2. Une source du faisceau lumineux de brouillage FB, désignée par la référence 13b, est agencée par ailleurs pour délivrer ce faisceau lumineux de brouillage FB avec une divergence à partir d’un second foyer qui est situé en avant du plan focal PFB, en direction du diviseur de faisceau 12. d désigne la distance de défocalisation qui est créée entre le second foyer et le plan focal PFB, en étant ajustable. Ainsi, bien que les deux faisceaux FU et FB soient transmis à travers la même optique de sortie 1 1 et possèdent la même direction centrale de propagation A-A, le faisceau lumineux de brouillage FB peut posséder en aval de l’optique de sortie 1 1 une divergence qui est ajustable, en contrôlant la distance de défocalisation d. Le faisceau lumineux de brouillage FB produit alors dans le plan de réception PR une tache d’éclairement qui est plus grande que celle du faisceau laser utile FU, tout en étant co- centrée avec cette dernière. La référence 12b désigne un système de commande de la modulation du faisceau lumineux de brouillage FB, afin que ce faisceau FB transporte un signal de brouillage, volontairement selon l’invention. Différentes sources de bruit aléatoire ou pseudo-aléatoire peuvent être utilisées alternativement dans le système 12b en fonction de caractéristiques spectrales qui sont voulues pour ce bruit. De telles sources de bruit sont connues de l’Homme du métier, de même que leurs mises en oeuvre. Avec la signification du mot instrument qui est utilisée dans la partie générale de la présente description, [Fig. 2] est un exemple de mode de réalisation de l’invention à un seul instrument.

[0039] [Fig. 3] montre sous forme modulaire une seconde conception possible pour le terminal 1 , selon laquelle les deux faisceaux FU et FB sont transmis vers l’extérieur par deux optiques de sortie qui sont séparées et juxtaposées, désignées par 1 1 a et 1 1 b. Ces deux optiques de sortie peuvent être chacune un télescope. Le terminal 1 comprend alors deux voies d’émission : la voie d’émission 1 a pour transmettre le faisceau laser utile FU, et la voie d’émission 1 b pour transmettre le faisceau lumineux de brouillage FB. Les deux voies d’émission 1 a et 1 b sont supportées par le châssis du satellite 10.

[0040] La voie d’émission 1 a 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 1 1 a 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.

[0041] La voie d’émission 1 b, qui est dédiée au faisceau lumineux de brouillage FB, peut avoir une structure simplifiée en étant couplée à la voie d’émission 1 a. 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 1 b 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 1 a, la voie d’émission 1 b 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 11 b 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 .

[0042] Avec la signification du mot instrument telle qu’utilisée dans la partie générale de la présente description, [Fig. 3] est un exemple de mode de réalisation de l’invention à un deux instruments séparés, l’un dédiés à produire le faisceau laser utile FU, et l’autre dédié à produire le faisceau lumineux de brouillage FB.

[0043] Le diagramme de [Fig. 4] montre des variations spatiales d’éclairement E en un point M du plan de réception PR, en fonction de la distance radiale r de ce point M par rapport à la direction centrale de propagation A-A (voir r et M indiqués dans [Fig. 1 ]). Cet éclairement, noté E de façon générique, possède les trois contributions suivantes :

- 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.

[0044] 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.

[0045] 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 [Fig. 4], Pour raison de clarté, mais sans induire de limitation, la description est poursuivie en supposant que la zone de destination ZD est un disque, étant entendu que l’Homme du métier saura en transposer les éléments et caractéristiques décrites au cas d’une zone de destination ZD de forme elliptique. [0046] 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 SNRD en 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 SNRE est donc produite sur la limite périphérique de la zone d’exclusion ZE. Ainsi, la valeur limite SNRD est 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.

[0047] 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 [Fig. 1 ] et [Fig. 4],

[0048] 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 [Fig. 1 ], en étant possiblement au moins en partie incorporé au terminal 1 . Alternativement, le détecteur d’intrusion 30 peut être situé à distance du récepteur 2 et du terminal 1 , par exemple en étant embarqué à bord d’un aéronef et pointé vers la zone d’exclusion ZE. Un tel détecteur d’intrusion 30 peut être constitué par un ou plusieurs système(s) radar, un ou plusieurs système(s) de détection infrarouge, ou encore un ou plusieurs système(s) LIDAR, pour «Light Detection And Ranging» en anglais, ou système(s) de détection et de télémétrie par la lumière. Un tel système LIDAR émet un rayonnement en direction de la zone d’exclusion ZE, et une partie de ce rayonnement qui a été rétroréfléchie ou rétrodiffusée par le récepteur espion 3, si ce dernier est à l’intérieur de la zone d’exclusion ZE, est détectée et analysée, notamment pour obtenir une information sur la distance à laquelle se trouve le récepteur espion 3. Le fonctionnement d’un tel système LIDAR est supposé connu, si bien qu’il n’est pas nécessaire de le répéter ici. Avantageusement, ce système LIDAR peut être associé à un système de balayage, afin que la recherche et la détection d’intrusion qui sont produites par le fonctionnement LIDAR permettent une surveillance de toute la zone d’exclusion ZE.

[0049] 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 [Fig. 1 ], En effet, le satellite 10 peut avoir pour mission de transmettre des données confidentielles successivement à plusieurs récepteurs destinataires 2 qui sont situés à des endroits différents sur la Terre. Dans ce cas, le même système LIDAR peut être utilisé pour tous ces récepteurs, successivement pendant que les données concernées sont transmises à chaque récepteur destinataire 2.

[0050] [Fig. 3] montre une combinaison selon laquelle le système LIDAR du détecteur d’intrusion 30 est intégré au terminal 1 . Le rayonnement qui est émis par le système LIDAR est désigné par R dans cette figure. Selon un perfectionnement supplémentaire, le rayonnement qui est émis vers l’extérieur par le système LIDAR peut être transmis par l’optique de sortie 1 1 ou 1 1 a. Pour cela, le système LIDAR peut être couplé au pointage du faisceau laser utile FU, d’une façon similaire à celle qui a été décrite plus haut pour la voie d’émission 1 b dans [Fig. 3]. Possiblement, un système de balayage peut aussi être disposé au sein du terminal 1 , sur une portion de la voie d’émission qui est dédiée exclusivement au système LIDAR, afin de produire un balayage de la zone d’exclusion ZE par le rayonnement du système LIDAR.

[0051] 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 : Eu(r) = E _uo • exp(— 2 • r ² /wu ² ), où Eu(r) désigne cet éclairement du faisceau FU à la distance r mesurée à partir de la direction centrale de propagation A-A, Euo est la valeur de cet éclairement pour r=0, wu est le rayon du faisceau laser utile FU dans le plan de réception PR, et exp() désigne la fonction exponentielle. La valeur Euo peut être ajustée soit au niveau de la source laser 13a qui produit le faisceau laser utile FU, en sélectionnant une valeur de puissance de sortie pour cette source laser, correspondant à l’intensité du faisceau FU, soit en utilisant un atténuateur optique qui est situé entre la sortie de la source laser 13a et l’optique de sortie 1 1 ou 1 1 a du terminal 1 qui est utilisée pour transmettre le faisceau laser utile FU vers l’extérieur.

[0052] De façon similaire, la répartition d’éclairement du faisceau lumineux de brouillage FB dans le plan de réception PR est : E _B (r) ^— E _BO • exp(— 2 • r ² /w _B ² ), où EB(0 désigne cet éclairement du faisceau FB à la distance r mesurée à partir de la direction centrale de propagation A-A, EBO est la valeur de cet éclairement pour r=0 dans l’hypothèse où les deux faisceaux FU et FB ont la même direction centrale de propagation, et WB est le rayon du faisceau lumineux de brouillage FB dans le plan de réception PR. La valeur EBO peut être ajustée soit au niveau de la source lumineuse 13b qui produit le faisceau lumineux de brouillage FB, en sélectionnant une valeur de puissance de sortie pour cette source lumineuse, correspondant à l’intensité du faisceau FB, soit en utilisant un autre atténuateur optique qui est situé entre la sortie de la source lumineuse 13b et l’optique de sortie 1 1 ou 11 b du terminal 1 qui est utilisée pour transmettre le faisceau lumineux de brouillage FB vers l’extérieur.

[0053] Les quatre paramètres Euo, wu, EBO et WB peuvent être ajustés pour produire la valeur limite SNRD du rapport signal-sur bruit sur la frontière périphérique de la zone de destination ZD, et simultanément la valeur limite supplémentaire SNRE sur la frontière périphérique de la zone d’exclusion ZE. Pour cela, la valeur de Euo et très supérieure à la valeur de EBO, et la valeur de wu et 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 oeuvre 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 EUO/EBO, 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 TE est le rayon de la frontière périphérique de la zone d’exclusion ZE. Il vient alors

Autrement dit, le rayon TE de la zone d’exclusion ZE est sélectionné d’abord, notamment en fonction de la couverture spatiale des moyens de détection d’intrusion 30, ou en fonction des mesures d’empêchement qui sont utilisées pour éviter l’entrée du récepteur espion 3 à l’intérieur de la zone d’exclusion ZE. La valeur limite SNRD pour que le récepteur destinataire 2 détecte les signaux laser utiles avec un taux d’erreur acceptable, la valeur limite supplémentaire SNRE pour garantir un taux d’erreur suffisamment élevé à la frontière périphérique de la zone d’exclusion ZE, et le rayon wu du faisceau laser utile FU dans le plan de réception PR, notamment en fonction de la précision du pointage du terminal 1 , sont sélectionnés aussi en tant qu’entrées du paramétrage. Alors, la valeur à adopter pour le rayon du faisceau lumineux de brouillage FB est : w _B désigne la fonction de logarithme népérien, ou «natural log function» en anglais. Cette valeur pour le rayon WB du faisceau lumineux de brouillage FB peut notamment être réalisée en ajustant la distance de défocalisation d de la source lumineuse 13b dans le mode de réalisation de [Fig. 2], Pour le mode de réalisation de [Fig. 3], la valeur du rayon WB peut être réalisée en ajustant une défocalisation de l’optique de relais 15b.

[0054] 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 wu du 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.