光線通信技術(shù)在軍事上的應(yīng)用

1、光線通信技術(shù)在軍事上的應(yīng)用光纖通信題 目： 光纖通信技術(shù)在軍事上的應(yīng)用 班 級： 通信13-3班 姓 名： 崔紅梅 學(xué) 號： 1306030302 指導(dǎo)教師： 李新春 成 績： 電子與信息工程學(xué)院信息與通信工程系光纖通信技術(shù)在軍事上的應(yīng)用1 緒論光纖通信在社會信息化發(fā)展的進(jìn)程中扮演著重要的角色，是通信技術(shù)的一個重要分支。隨著新型光電器件的不斷出現(xiàn)，光線通信技術(shù)也得到了迅速的發(fā)展，十七傳輸容量得到了極大地提高，目前，光纖已經(jīng)在很多場合取代了銅線而成為主要的傳輸媒介。無論電信骨干網(wǎng)還是以太網(wǎng)或是校園網(wǎng)乃至智能建筑內(nèi)的綜合布線系統(tǒng)，無論是陸地還是海洋，都有光纖的存在。光放大器光檢測器調(diào)制光源 再生中

2、繼器信號恢復(fù)光纖通信是以光波作為載波，以光纖作為傳輸媒介的一種新興有線通信技術(shù)。它首先要在發(fā)射端將需傳送的電話、電報(bào)、圖像和數(shù)據(jù)等信號進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，即將電信號轉(zhuǎn)換為光信號，再經(jīng)光纖傳輸?shù)浇邮斩?，接收端將接收到的光信號轉(zhuǎn)變成電信號，最后還原成原信號。圖1-1為光纖通信系統(tǒng)的構(gòu)成示意圖。電信號輸入 尾纖 光纖 光耦合器 光纖 尾纖 電信號輸出圖1-1 光纖通信系統(tǒng)的構(gòu)成Fig1-1 The composition of the optical fiber communication system2 光纖通信技術(shù)在軍事上的應(yīng)用由于光纖作為一種傳輸媒質(zhì)，與傳統(tǒng)的銅電纜相比具有一系列明顯的優(yōu)點(diǎn)，因此，自

3、上世紀(jì)70年代以來，光纖技術(shù)不僅在電信等民用領(lǐng)域取得了飛速的發(fā)展，而且因其抗電磁干擾、保密性好、抗輻射能力強(qiáng)，以及重量輕、尺寸小等優(yōu)點(diǎn)，使它也得到了各發(fā)達(dá)國家政府和軍方的重視和青睞。特別是在美國，早在80年代中期，先后計(jì)劃的光纖軍事應(yīng)用項(xiàng)目就達(dá)400多項(xiàng)，這些項(xiàng)目包括固定設(shè)施通信網(wǎng)、戰(zhàn)術(shù)通信系統(tǒng)、遙控偵察車輛和飛行器、光纖制導(dǎo)導(dǎo)彈、航空電子數(shù)據(jù)總線和設(shè)備鏈路、艦載光纖數(shù)據(jù)總線、反潛戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)、水聲拖曳陣列、遙控深潛器、傳感器和核試驗(yàn)等。這些項(xiàng)目陸續(xù)有報(bào)道取得了不同的進(jìn)展。進(jìn)入90年代以來，光纖技術(shù)的軍事應(yīng)用繼續(xù)受到美、歐等國軍方的重視。在美國，三方光纖技術(shù)開發(fā)活動的計(jì)劃項(xiàng)目分成五大部分：有源和無源

4、光元件、傳感器、輻射效應(yīng)、點(diǎn)對點(diǎn)系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。由三軍光纖協(xié)調(diào)委員會進(jìn)行組織，每年投資為5千萬美元。在面向21世紀(jì)的今天，美國國防部已把“光子學(xué)、光電子學(xué)”和“點(diǎn)對點(diǎn)通信”列為2010年十大國防技術(shù)中的兩項(xiàng)。其中光纖技術(shù)占據(jù)著舉足輕重的地位。這預(yù)示著美國等西方國家對光纖技術(shù)軍事應(yīng)用的研究將全面展開并加速進(jìn)行。而各項(xiàng)先期應(yīng)用及演示、驗(yàn)證表明，21世紀(jì)的軍事通信和武器裝備離開了光纖技術(shù)將無“現(xiàn)代化”或“先進(jìn)”可言，在未來戰(zhàn)爭中將處于被動挨打的局面。2.1 光纖技術(shù)在陸軍軍事上的應(yīng)用2.1.1 光纖技術(shù)在軍事通信的應(yīng)用光纖技術(shù)在陸上的軍事通信應(yīng)用主要包括三個方面：a.戰(zhàn)略和戰(zhàn)術(shù)通信的遠(yuǎn)程系統(tǒng)；b.基

5、地間通信的局域網(wǎng)；c.衛(wèi)星地球站、雷達(dá)等設(shè)施間的鏈路。自從“信息高速公路”概念的出現(xiàn)，美國就在軍用信息高速公路的發(fā)展走在了世界各國的前面。1992年6月，美國參謀長聯(lián)席會議下發(fā)了名為“武士C4T”的關(guān)于美軍21世紀(jì)通信和協(xié)同作戰(zhàn)總體規(guī)劃的框架文件?！拔涫緾4T”計(jì)劃的目標(biāo)是按軍用“信息高速公路”的要求，建立一個全球性的實(shí)時(shí)軍用通信網(wǎng)，即稱為“信息球”的全球通信網(wǎng)。它將是一個連通士兵、指揮所和各種傳感器的指揮網(wǎng)，是一個反應(yīng)靈敏的C8系統(tǒng)。它的基礎(chǔ)就是國防信息系統(tǒng)網(wǎng)（DISN），由地面及衛(wèi)星的軍用和民用通信系統(tǒng)所構(gòu)成。目標(biāo)DISN是一個寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)，傳輸容量將高達(dá)幾Gb/s。戰(zhàn)場信息系統(tǒng)是支

6、持美國陸軍21世紀(jì)作戰(zhàn)理論的未來軍用信息系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，光纖局域網(wǎng)，特別是光纖分布數(shù)據(jù)接口（FDDI）是關(guān)鍵技術(shù)之一。1. 美軍三軍聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)通信系統(tǒng)（TRI-TAC）美軍三軍聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)通信系統(tǒng)（TRI-TAC）在海灣戰(zhàn)爭中發(fā)揮了重要作用，但也暴露出不少問題。美軍根據(jù)暴露出的問題和未來的作戰(zhàn)要求，從以下三個方面對TRI-TAC進(jìn)行了技術(shù)改進(jìn)：一是由空軍負(fù)責(zé)TAC-1光纜系統(tǒng)，它將代替同軸電纜，裝備分布在全球的美軍TRI-TAC系統(tǒng)；二是有陸軍負(fù)責(zé)野戰(zhàn)光纜傳輸系統(tǒng)（FOTS），擬用10000km的光纜代替CX-11230型同軸電纜；三是有海軍陸戰(zhàn)隊(duì)負(fù)責(zé)野戰(zhàn)光纜系統(tǒng)（FOCS），用于連接數(shù)字交換機(jī)和

7、無線電設(shè)備。2. 美軍陸軍戰(zhàn)術(shù)指揮自動化系統(tǒng)（）美軍陸軍戰(zhàn)術(shù)指揮自動化系統(tǒng)，常稱為系統(tǒng)。它的目的就是在戰(zhàn)場態(tài)勢瞬息萬變的現(xiàn)代戰(zhàn)爭中把情報(bào)信息獲取系統(tǒng)、通信設(shè)備與系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析和處理系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)等綜合起來，從而構(gòu)成一個統(tǒng)一的、高度自動化的指揮控制系統(tǒng)。按作戰(zhàn)任務(wù)的性質(zhì)和規(guī)模的不同，系統(tǒng)可分為戰(zhàn)略系統(tǒng)和戰(zhàn)術(shù)系統(tǒng)，其中戰(zhàn)術(shù)系統(tǒng)一般是指軍及以下的單位使用的系統(tǒng)，主要用于實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)場的實(shí)時(shí)控制指揮。美國戰(zhàn)術(shù)系統(tǒng)的研制工作開始于20世紀(jì)59年代，但由于要求其機(jī)動靈活抗擊毀、便于維護(hù)、工作可靠、適用于戰(zhàn)場環(huán)境，直到20世紀(jì)80年代隨著計(jì)算機(jī)、光探測、網(wǎng)絡(luò)、光纖傳輸?shù)燃夹g(shù)的發(fā)展，該系統(tǒng)才達(dá)到實(shí)用化的程度。使用光

8、纖代替系統(tǒng)的同軸電纜，能使系統(tǒng)的信息輸出方式由電學(xué)信息傳遞改為光學(xué)信息傳遞，由此帶來下面一系列的優(yōu)越性：（1）通信容量大以激光作載頻的光纖通信，其載頻頻率可達(dá)Hz，比微波頻率高倍。理論上，按通信帶寬為載頻的1/100計(jì)算，那么它的通信帶寬比微波。若取典型頻率為Hz，則通信帶寬為Hz。（2）損耗小，中繼距離長目前，光纖的傳輸損耗已下降到0.14dB/km（單模光纖），可實(shí)現(xiàn)幾百公里無中繼傳輸。通常的使用水平是：多模光纖的傳輸損耗達(dá)13dB/km，中繼距離可達(dá)1530km。單模光纖的傳輸損耗為0.5dB/km，中繼距離可達(dá)5060km。（3）高可靠性光纖不受電磁干擾，能避免核爆炸可電磁脈沖引起的信

9、號衰減和設(shè)備性能的降低，也不易受太陽輻射的電離干擾，同時(shí)光纖自身也不向外輻射電磁能量，這為高可靠、高保密的通信提供了必要的保證。（4）高通信質(zhì)量光纖通信是光子傳輸方式，通信系統(tǒng)無需短路和接地環(huán)路，且信道間無串?dāng)_，這是高通信系統(tǒng)所必需的。（5）通信系統(tǒng)體積小、重量輕1kg石英玻璃可拉制100km長的光纖，成纜后的重量也比電纜輕得多，一般僅為電纜重量的1/100或1/1000。輕的電纜不僅便于敷設(shè)，而且有利于快速轉(zhuǎn)移和直升機(jī)快速布線。就整個系統(tǒng)而言，光通信設(shè)備體積較之電纜通信設(shè)備的體積大大減小，而且光纖通信的中繼距離很長，相同的傳輸距離可使中繼器個數(shù)減少80%。所以，光纖通信系統(tǒng)的總重量較電纜通信

10、減少了67%75%。2.1.2 光纖制導(dǎo)導(dǎo)彈系統(tǒng)光纖制導(dǎo)導(dǎo)彈系統(tǒng)是以光纖作為制導(dǎo)信息傳輸介質(zhì)的一種導(dǎo)彈系統(tǒng)，是有線制導(dǎo)武器領(lǐng)域一項(xiàng)新的突破，近年來在國外受到極大地重視。主要用于打坦克，也可以打低空飛行的直升機(jī)。這種導(dǎo)彈的頭部裝有微光電視攝像機(jī)或紅外成像導(dǎo)引頭，尾部有一卷光纖與發(fā)射控制裝置相聯(lián)。導(dǎo)彈飛行時(shí)光纖從尾部放出，同時(shí)導(dǎo)引頭的攝像機(jī)將拍攝的目標(biāo)圖像傳到發(fā)射控制裝置，控制指令通過光纖傳給導(dǎo)彈的制導(dǎo)系統(tǒng)，控制導(dǎo)彈命中目標(biāo)由于光纖傳輸?shù)男畔⒘看?、頻帶寬、功耗低、自身輻射極小，所以光纖制導(dǎo)導(dǎo)彈目前仍處于工程研制階段，美國、法國、德國和巴西等國家都在研制。其中巴西研制的一種光纖制導(dǎo)導(dǎo)彈，長1.5米，

11、直徑180毫米，可從地面、艦艇和飛機(jī)上發(fā)射，最大射程達(dá)20公里；采用空心裝藥戰(zhàn)斗部，可擊穿1000毫米厚的鋼裝甲。光纖制導(dǎo)導(dǎo)彈系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖3-1所示，主要由導(dǎo)彈、控制站和光纖三部分構(gòu)成尋的器信號加工LD/LED雙向耦合器PIN/APD光纖線軸PIN/APD信號處理監(jiān)視器雙向耦合器LD/LED 下 行 上 行 圖3-1 光纖制導(dǎo)導(dǎo)彈系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖Fig 3-1 The structure of the optical fiber guided missile system schematic diagram1. 導(dǎo)彈導(dǎo)彈主要是由尋的器、萬象支架、慣性測量裝置、控制器、光源、探測器和雙向耦合器

12、等組成。其中，尋的器是用于探測目標(biāo)的關(guān)鍵部件，可裝配可見光攝像機(jī)、前視紅外成像器和毫米波雷達(dá)等成像設(shè)備，實(shí)時(shí)獲取目標(biāo)及景物成像；萬象支架用于控制和穩(wěn)定導(dǎo)彈的飛行軸向；慣性測量裝置用于測量并實(shí)時(shí)提供導(dǎo)彈的運(yùn)動狀態(tài)信息；控制器可以根據(jù)控制站發(fā)出的指令，控制導(dǎo)彈的飛行狀態(tài)；光源可向控制站發(fā)送光信號；探測器用于接收來自控制站的光信號；光纖雙向耦合器用于光信號的分離與合成。2. 控制站光纖制導(dǎo)導(dǎo)彈系統(tǒng)的控制站可以設(shè)置在地面或者車輛上，它主要通過雙向耦合器將光源發(fā)出的帶有信息的光信號經(jīng)過上行線路傳送至導(dǎo)彈，或者利用光探測器接收由導(dǎo)彈經(jīng)下行線路傳來的目標(biāo)消息。探測器接收的目標(biāo)消息經(jīng)信號處理后，最終在監(jiān)視器上

13、顯示出來，以供操作人員對導(dǎo)彈的飛行姿態(tài)進(jìn)行調(diào)整。3. 光纖光纖是導(dǎo)彈與控制站之間的光信息傳輸通道。光纖制導(dǎo)導(dǎo)彈系統(tǒng)的工作原理是：裝配在導(dǎo)彈頭部的攝像機(jī)將拍攝到的目標(biāo)及場景光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換成電信號（視頻信號），與其他電信號（如導(dǎo)彈的飛行姿態(tài)數(shù)據(jù)）一起，調(diào)制彈上的光源（LD或LED），形成波長為的光信號。光信號經(jīng)過光纖下傳到控制站?？刂普纠锰綔y器（PIN光電二極管或APD）將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)信號處理，變?yōu)閳D像等有用信息。操作人員根據(jù)這些信息，發(fā)出對導(dǎo)彈執(zhí)行部件的各種控制命令，控制指令經(jīng)站內(nèi)的光發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)換成波長為的光信號，光信號通過光纖上傳至彈內(nèi)的光接收機(jī)，經(jīng)光電轉(zhuǎn)換，變?yōu)殡娦盘?，從而控制?dǎo)彈的

14、飛行姿態(tài)，實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)的自動跟蹤，直至摧毀目標(biāo)。因此，在光線制導(dǎo)導(dǎo)彈系統(tǒng)中，光纖是制導(dǎo)系統(tǒng)功能得以實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)橋梁，無論是控制指令的上傳還是彈體狀態(tài)信息或目標(biāo)信息的下行，都離不開這一傳輸介質(zhì)。光纖制導(dǎo)導(dǎo)彈系統(tǒng)對其所用的光纖有一些特殊的要求：（1）光纖直徑小。制導(dǎo)用光纖是由高強(qiáng)度光纖經(jīng)過外部加強(qiáng)二制成的單芯光纖，為了盡可能減小制導(dǎo)光纖的體積，節(jié)省導(dǎo)彈的空間，提高有效載荷，制導(dǎo)光纖的直徑一般都很小，大都在0.5mm以下。不同應(yīng)用場合下須選用不同的光纖。工作波長為1550nm的單模光纖多用于中、遠(yuǎn)程（大于10km）制導(dǎo)；工作波長為1310nm的多模光纖多用于近程（小于10km制導(dǎo)）。高強(qiáng)度。在制導(dǎo)過程中

15、，光線從飛行導(dǎo)彈上的線軸中放出，它必須能夠經(jīng)受住彎曲所引起的張力和導(dǎo)彈飛行時(shí)間內(nèi)相當(dāng)高的動態(tài)拉力。這些都要求直到光線應(yīng)有比普通光纖更高的抗張強(qiáng)度。拼接效果好。對于遠(yuǎn)程制導(dǎo)，要求光纖的長度在10Km以上。但實(shí)際不管制造工藝多么精細(xì)，光纖在這么長的距離上都難免出現(xiàn)裂紋。因此，往往需要對光纖進(jìn)行很好的拼接。若拼接不好，則會引起較大的能量傳輸損耗及斷線或絞纏等故障。光纖拼接是光纖制造的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。典型的制導(dǎo)光纖的技術(shù)指標(biāo)包括：（1）抗張強(qiáng)度：>1.379×103N/（2）不拼接長度：10km（3）芯徑：多模光纖30-50pm，單模光纖5-6（4）損耗：不大于0.3dB/Km（工作波長

16、為1310nm時(shí)）（5）帶寬距離積：>1000MHz/km另外，要是光纖以搗蛋的飛行速度順利地放開，除了要合理的設(shè)計(jì)繞線軸外，更重要的是如何纏繞光纖。光線的繞放也是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。為降低微彎損耗，光纖的繞放過程中要控制拉力如何分布和防止回繞。為使光線包裝件在各種環(huán)境下都能保持穩(wěn)定，且在高速放線時(shí)不出現(xiàn)絆線等故障，纏繞是還要使用合適的粘合劑。與其他制導(dǎo)（如金屬線制導(dǎo)等）系統(tǒng)相比，光纖制導(dǎo)導(dǎo)彈系統(tǒng)有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）有效打擊距離遠(yuǎn)。由于光纖損耗極低（商用石英光纖現(xiàn)已達(dá)到的損耗水平是：在1310nm波長處的損耗為0.35dB/km，在1550nm波長處的損耗為0.20dB/km，比最好的同軸電纜的

17、損耗還要低），通過光纖可使知道信息的傳輸距離更遠(yuǎn)。（2）光纖制導(dǎo)是非視線指令制導(dǎo)，因此刻隱蔽發(fā)射，增加導(dǎo)彈系統(tǒng)的隱蔽能力，提高射手的戰(zhàn)場能力。（3）可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程目標(biāo)的圖像跟蹤。由于光纖傳輸頻帶極寬，導(dǎo)彈可通過光纜將引導(dǎo)頭捕獲的圖像信息傳至控制站，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程目標(biāo)的圖像跟蹤能力。（4）抗電磁干擾。光纖不受電磁波的干擾，更適于軍事用途，這是與光纖介質(zhì)本質(zhì)相聯(lián)系的一個重要特點(diǎn)，也是現(xiàn)代戰(zhàn)爭中電子對抗條件下評價(jià)現(xiàn)代武器系統(tǒng)自身生存能力的一個重要指標(biāo)。（5）有更強(qiáng)的數(shù)據(jù)保密性。由于光纖限制了信息的傳播途徑，使信息只能在光纖內(nèi)傳遞，幾乎不對外發(fā)出輻射，從而大大提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)谋Ｃ苄浴＃?）溫度穩(wěn)定性好、壽命長。

18、光纖的文都系數(shù)小，其傳輸特性基本不受溫度的影響。相對于其他金屬線制導(dǎo)導(dǎo)彈，光纖制導(dǎo)導(dǎo)彈的服役期可以更長。同時(shí)，光纖制導(dǎo)武器系統(tǒng)的缺點(diǎn)是作用距離近，在地面應(yīng)用最多的只有10km20km，光纖的抗拉強(qiáng)度要達(dá)到246kg/，但目前大多數(shù)光纖的抗拉強(qiáng)度只有200kg/；光纖制導(dǎo)導(dǎo)彈的飛行速度最大可達(dá)300320m/s，而光纜卷盤的運(yùn)轉(zhuǎn)速度目前只能做到150200m/s。2.1.3 光纖技術(shù)在雷達(dá)和微波系統(tǒng)的應(yīng)用由于光纖傳輸損耗低、頻帶寬等固有的優(yōu)點(diǎn)，光纖在雷達(dá)系統(tǒng)的應(yīng)用首先用于連接雷達(dá)天線和雷達(dá)控制中心，從而可使兩者的距離從原來的同軸電纜時(shí)的300m以內(nèi)擴(kuò)大到25km。用光纖作為傳輸媒體，其頻帶可覆蓋

19、X波段（812.4GHz）或Ku波段（12.418GHz）。目前X波段高頻光纖系統(tǒng)已實(shí)用化，Ku波段的寬帶微波光纖線路系統(tǒng)也有大量報(bào)道。光纖在微波信號處理方面的應(yīng)用主要是光纖延遲信號處理。先進(jìn)的高分辨率雷達(dá)要求損耗低、時(shí)間帶寬積大的延遲器件進(jìn)行信號處理。傳統(tǒng)的同軸延遲線、聲表面波（SAW）延遲線、電荷耦合器（CCD）等均不能滿足要求。靜磁波器件和超導(dǎo)延遲線雖能滿足技術(shù)要求，但離實(shí)用化尚很遙遠(yuǎn)。光纖延遲線具有損耗低（在110GHz頻段內(nèi)，單位延遲時(shí)間的損耗僅0.40.1dB/ps），時(shí)間帶寬積大（達(dá)104106），帶寬寬（>10GHz）等優(yōu)點(diǎn)，且動態(tài)范圍大，三次渡越信號小，實(shí)現(xiàn)彼此跟蹤的延

20、遲線相當(dāng)容易，而且能封裝進(jìn)一個小型的封裝盒。用于相控陣?yán)走_(dá)信號處理的多半是多模光纖構(gòu)成的延遲線。目前國外光纖延遲線已進(jìn)入成熟區(qū)。為提高相控陣?yán)走_(dá)天線波束掃描的靈活性，減小初始功耗，以及精密控制所需的單元相位和幅度以實(shí)現(xiàn)低的空間旁瓣，需要對每一天線單元提供波束（相位）控制信號、極化控制信號和幅度控制信號。采用光纖高速傳輸這些控制信號，相位穩(wěn)定性好，可以大幅度減少每一有源單元的電子組件量，簡化系統(tǒng)組成，降低雷達(dá)成本，減小體積和質(zhì)量。光纖技術(shù)在相控陣?yán)走_(dá)的應(yīng)用還包括用光纖延遲線在光控相控陣來打波束形成所需的相移。在電光相控陣發(fā)射機(jī)中采用集成光學(xué)進(jìn)行波束形成，用光纖技術(shù)進(jìn)行天線的靈活遙控，利用光纖色散

21、棱鏡技術(shù)的帶寬光纖實(shí)時(shí)延遲相控陣接收機(jī)等。其中，除光纖延遲線外，光纖耦合器、波分復(fù)用/解復(fù)用器、集成光學(xué)、偏振保持光纖、高色散光纖、光纖放大器、光纖光柵等先進(jìn)的光纖元器件技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用。2.1.4 光纖系繩武器美軍軍用機(jī)器人已于1988年開始中批量生產(chǎn)，年均產(chǎn)值達(dá)5億美元。黃線遙控戰(zhàn)車（TOV）是用一根光纜系留到基地站拖車上的高機(jī)動性多用途輪式車輛，可將各種偵查裝置、傳感器及武器送到危險(xiǎn)戰(zhàn)區(qū)，執(zhí)行諸如偵查、探雷、清除障礙和彈藥補(bǔ)給等任務(wù)，車速可達(dá)3.5km/h，操作距離達(dá)1530km。如一種由Grumman公司研制的稱為Ranger（別動隊(duì)）的光纖系留車輛在試驗(yàn)中成功地?fù)糁辛?00m以外

22、的裝甲目標(biāo)。其最高時(shí)速可達(dá)27km。由美國海軍海洋系統(tǒng)中心（NOSC）和Sandia國立研究所聯(lián)合研制的遙控飛行器（AROD）是一種用光纖系留的涵道風(fēng)扇式裝置，通過電視實(shí)施偵查任務(wù)，AROD 的活動范圍達(dá)4000m。使用系留光纜的氣球載雷達(dá)偵察系統(tǒng)也得了迅速的發(fā)展，氣球升空高度6006000m，有效載荷1002000kg，持續(xù)滯空時(shí)間1030天，可起到類似高空預(yù)警機(jī)的功能。光纖遙控水下深潛器（ROV）也稱水下機(jī)器人或無人潛艇，有拖曳式和系留式兩種。通過裝備不同的設(shè)備可進(jìn)行地形測繪、調(diào)查打撈沉船和墜海飛機(jī)、營救潛艇、反潛艦艇裝置布設(shè)、探測和排除水雷、自主布雷和水下誘餌等。鷹式電子擇優(yōu)誘餌是美國海

23、軍研究室開發(fā)的光纖系留實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的光纖系留無人飛行器，重量36kg，采用旋轉(zhuǎn)翼，負(fù)載能力6.5kg，計(jì)劃于1997年完成最后試驗(yàn)。2.1.5 在地下核試驗(yàn)中的應(yīng)用光纖在核環(huán)境中有兩大優(yōu)點(diǎn)：（1）不受電磁脈沖等影響。（2）暴露給強(qiáng)輻射等的爆炸之后，幾秒鐘之內(nèi)就能夠很快恢復(fù)。2.1.6 在夜視裝置中的應(yīng)用軍事夜視已經(jīng)是光纖技術(shù)運(yùn)用的重要領(lǐng)域，夜視裝置大量的運(yùn)用于陸軍中，它主要運(yùn)用于保護(hù)目鏡、坦克的觀察系統(tǒng)、潛望系統(tǒng)、遠(yuǎn)距離觀察管以及步槍的瞄準(zhǔn)具等。據(jù)報(bào)道，美軍在新式的夜視裝置中加進(jìn)了光纖元件來增強(qiáng)圖像的清晰度。這種光纖元件主要是光纖熔融面板。2.2 光纖技術(shù)在海軍軍事上的應(yīng)用2.2.1 艦載高速光

24、纖網(wǎng)由于現(xiàn)代化的艦艇裝備有大量的通信、雷達(dá)、導(dǎo)航、傳感器系統(tǒng)和武器指揮系統(tǒng)等電子設(shè)備，加上其它電氣設(shè)備，因此造成了嚴(yán)重的電磁干擾、射頻干擾等問題，為此，80年代初美國海軍實(shí)施了開發(fā)大型新艦船用光纖區(qū)域網(wǎng)作為計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)總線的計(jì)劃-AEGIS(宇斯盾)計(jì)劃。1986年初，美國海軍海洋系統(tǒng)司令部又在此基礎(chǔ)上成立了SAFENET(能抗毀的自適應(yīng)光纖嵌入網(wǎng))委員會。并于1987年成立工作組指導(dǎo)制定了SAFENET-I和SAFENE一五兩套標(biāo)準(zhǔn)。分別于1991年1月和1992年1月完成。前者是一種軍用加強(qiáng)型IEEE802.5令牌環(huán)網(wǎng)，傳輸速率16Mb/S，后者是基于ANSI 3XT9.5 FDDI(光纖分

25、布數(shù)據(jù)接口)令牌杯網(wǎng)，傳輸速率100Mb/s。這些系統(tǒng)已安裝在CG-47 Aegis導(dǎo)彈巡洋艦、DDG 51級導(dǎo)彈驅(qū)逐艦、喬治·華盛頓號航空母艦等艦艇上。美國海上系統(tǒng)司令部和國防高級研究計(jì)劃局還聯(lián)合制定了利用同步光網(wǎng)(Sonet)、寬帶綜合業(yè)務(wù)網(wǎng)(B-ISDN)和異步傳輸模式(ATM)標(biāo)準(zhǔn)，開發(fā)高速光網(wǎng)(HSON)原型的計(jì)劃，由海軍研究實(shí)驗(yàn)室(NRL)負(fù)責(zé)開發(fā)和評價(jià)，從1991年年中開始為期三年。該網(wǎng)利用單模光纖，傳輸速率從155Mb/S(OC-3)到2.4Gb/S(OC-48)。1992年實(shí)現(xiàn)了1.7Gb/S的第一階段目標(biāo)。美國小石城號航母上的雷達(dá)數(shù)據(jù)總線傳輸容量就達(dá)到了1Gb/S

26、，并使原來重量達(dá)90噸的同軸電纜被半噸重的單模光纜所代替。艦載光纖通信系統(tǒng)將向綜合化、數(shù)字化、高速化、智能化的方向發(fā)展。它不但可以將語音、數(shù)據(jù)、圖像等不同的通信業(yè)務(wù)綜合在一起，而且可實(shí)現(xiàn)信息交換、傳輸可控制的自動化和智能化。1. 高級水下作戰(zhàn)系統(tǒng)（SUBACS-Submarine Advanced Combat System）SUBACC是美國海軍最大的艦載水下光纖通信計(jì)劃項(xiàng)目，該項(xiàng)目計(jì)劃在所有的洛杉肌688級攻擊型核潛艇和新型“三叉戟”彈道導(dǎo)彈潛艇中裝備光纖數(shù)據(jù)總線，將傳感器與火控系統(tǒng)接入分布式計(jì)算機(jī)網(wǎng)，從而大大提高潛艇的數(shù)據(jù)處理能力，這就是所謂的AN/BSY-1。據(jù)報(bào)道，整個計(jì)劃頭兩年的研

27、制開發(fā)經(jīng)費(fèi)為6.38億美元，生產(chǎn)合同預(yù)計(jì)至少20億美元。以后又在1989年以后生產(chǎn)的“海浪”SSN-21級攻擊型潛艇中采用通用電氣公司海戰(zhàn)部開發(fā)的AN/BSY-2綜合光纖作戰(zhàn)控制聲學(xué)系統(tǒng)。2. “尼米茲”級航空母艦的航艦雷達(dá)光纖傳輸系統(tǒng)在艦船上實(shí)現(xiàn)雷達(dá)與作戰(zhàn)情報(bào)中心之家的信息傳輸是光纖傳輸系統(tǒng)的一個典型的應(yīng)用實(shí)例。比如安裝在“尼米茲”級航空母艦上的艦載雷達(dá)光纖傳輸系統(tǒng)。1987年，美國海軍在“尼米茲”級航空母艦上建造了該系統(tǒng)，其目的是為了驗(yàn)證艦載雷達(dá)光纖傳輸系統(tǒng)的可行性和標(biāo)準(zhǔn)。該系統(tǒng)是一種點(diǎn)到點(diǎn)的6信道模擬線路，它把來自CV-3989雷達(dá)的數(shù)字信息和來自AN/SPS-49雷達(dá)的模擬視頻信號經(jīng)多

28、模光纖（12芯）光纜傳送到AN/SPD-25G雷達(dá)顯示裝置，并將信息提供給作戰(zhàn)情報(bào)中心。其工作原理為：光發(fā)射機(jī)輸入端的信號調(diào)節(jié)器將輸入信號調(diào)整至適當(dāng)?shù)拇笮。缓笤偃フ{(diào)制LED組件（波長為840nm），LED輸出的光束經(jīng)光耦合器后耦合到多芯光纜中；在光接收機(jī)端，耦合器將多芯光纜內(nèi)的光束耦合到接收器件，在經(jīng)輸出信號調(diào)節(jié)器后，放大和分離這些信號。艦載雷達(dá)光纖傳輸系統(tǒng)的光發(fā)射機(jī)、光接收機(jī)和光纜的主要性能參數(shù)如下：（1）光發(fā)射機(jī)光源：LED；工作波長：840nm；信噪比：60dB；輸入信號形式：線性模擬；輸出功率：40；帶寬：1kHz60Mhz。（2）光接收機(jī)光探測器：APD；工作波長：830nm；信噪

29、比：35dB；輸入信號形式：線性模擬；輸出功率：120；帶寬：1kHz120Mhz。（3）光纜類型：漸變型多模光纖；纖芯直徑62.5、包層直徑125；光纜數(shù)：12芯；重量：0.47kg/m；拉應(yīng)力：68kg；衰減：4.0dB；帶寬：160MHz/km。3. 艦載自適應(yīng)光纖網(wǎng)絡(luò)為滿足艦船在特殊環(huán)境下的通信要求，美海軍開發(fā)出一種艦載光纖通信系統(tǒng)自適應(yīng)光纖網(wǎng)絡(luò)（SAFENET）。這是一種在光纖局域網(wǎng)基礎(chǔ)上開發(fā)出的新一代艦船通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。所謂自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)，是指這種網(wǎng)絡(luò)滿足以下要求：（1）網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)化；（2）網(wǎng)絡(luò)的傳輸介質(zhì)具有信息吞吐量大、等待時(shí)間短的優(yōu)點(diǎn)，以方便今后的擴(kuò)容；（3）網(wǎng)絡(luò)能根據(jù)終端的需要和傳

30、輸距離的長短，自由選擇光纜或是電纜，因此網(wǎng)絡(luò)也必須同時(shí)適合于電纜或是光纜；（4）網(wǎng)絡(luò)要結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、可重新組合、抗毀性好。2.2.2 光纖水聽器系統(tǒng)光纖水聽器是利用光纖技術(shù)探測水下聲波的器件，它與傳統(tǒng)的壓電水聽器相比，具有極高的靈敏度、足夠大的動態(tài)范圍、本質(zhì)的抗電磁干擾能力、無阻抗匹配要求、系統(tǒng)“濕端”質(zhì)量輕和結(jié)構(gòu)的任意性等優(yōu)勢，因此足以應(yīng)付來自潛艇靜噪技術(shù)不斷提高的挑戰(zhàn)，適應(yīng)了各發(fā)達(dá)國家反潛戰(zhàn)略的要求，被視為國防技術(shù)重點(diǎn)開發(fā)項(xiàng)目之一。光纖水聽器的主要軍事應(yīng)用為：·全光纖水聽器拖曳陣列；全光纖海底聲監(jiān)視系統(tǒng)；全光纖輕型潛艇和水面艦船共形水聽器陣列；超低頻光纖梯度水聽器；海洋環(huán)境噪聲及安靜

31、型潛艇噪聲測量。美國對這項(xiàng)技術(shù)的研究始于70年代末，到1992財(cái)政年度已投入超過1億美元的研究和開發(fā)經(jīng)費(fèi)。美國海軍研究實(shí)驗(yàn)室(NRL)、海軍水下裝備中心(NUWC)、Gould公司海事系統(tǒng)分公司、和Litton制導(dǎo)和控制公司聯(lián)合開發(fā)了全光纖水聽器拖曳陣列(AOTA)、潛艇和水面艦船共形水聽器陣列(LWPA)等各種不同反潛應(yīng)用類型的海試系統(tǒng)，經(jīng)過大量海上試驗(yàn)，已達(dá)可以部署的狀態(tài)。目前他們正在開發(fā)大規(guī)模(幾百個單元)的全光纖水聽器陣列系統(tǒng)及其相關(guān)技術(shù)。近十年來，美國已對全光纖水聽器及其陣列的各種應(yīng)用場合都進(jìn)行了試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果很成功。英國對水聽器的研究主要由Plessey國防研究分公司、海軍系統(tǒng)分公

32、司和馬可尼水下系統(tǒng)有限公司承擔(dān)，開發(fā)了全光纖水聽器拖曳陣列、海底聲監(jiān)視系統(tǒng)等各種不同反潛應(yīng)用的海試系統(tǒng)，也進(jìn)行了一系列海上試驗(yàn)。2.2.3 光纖制導(dǎo)魚雷與光纖制導(dǎo)導(dǎo)彈一樣，光纖制導(dǎo)魚雷能大大改善魚雷的攻擊性能。美國海軍海洋系統(tǒng)中心試驗(yàn)的光纖制導(dǎo)魚雷，制導(dǎo)距離5km，速度18節(jié)(33km/h)，進(jìn)一步的試驗(yàn)將達(dá)70節(jié)130km/h)，射程則將擴(kuò)大到100km。其關(guān)鍵是光纜及其放線技術(shù)和先進(jìn)的光纖水聽器，法國也進(jìn)行了成功的光纖制導(dǎo)魚雷的試驗(yàn)，制導(dǎo)距離達(dá)到了20km。2.2.4 桅桿式光電觀測裝置從80年代開始，美、英、德等國的潛望鏡制造廠商都開始研制一種不穿透潛艇耐壓船體的多功能傳感器成像系統(tǒng)，即

33、潛艇光電桅桿，它將用來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的潛望鏡，裝置90年代中、后期乃至21世紀(jì)初服役的新型潛艇。英國海軍于90年代先后建造的4艘“前衛(wèi)”級彈道導(dǎo)彈核潛艇采用的自防護(hù)組合式光電潛望鏡系統(tǒng)，就由光電桅桿和光學(xué)潛望鏡組成，而光電桅桿的可回轉(zhuǎn)多傳感器頭與艇內(nèi)操縱控制臺之間的信息則由光纜進(jìn)行傳輸。這種桅桿式光電觀測裝置還被用到了裝甲車輛及直升飛機(jī)上。2.3 光纖技術(shù)在航空航天軍事上的應(yīng)用2.3.1  點(diǎn)對點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用目前已在飛機(jī)中少量使用的點(diǎn)對點(diǎn)鏈路主要用于航空電子裝置“黑盒子”之間的數(shù)據(jù)傳送。這些鏈路在F/A-18、AV-88及黑鷹直升飛機(jī)中表現(xiàn)良好，數(shù)據(jù)速率從10Mb/s100Mb/s。由于光纖系統(tǒng)價(jià)格較貴，低損耗及寬帶能力不能充分利用，因此配備數(shù)量較少，只用于存在嚴(yán)重電磁干擾和電磁脈沖問題的場合。隨著復(fù)雜性的增加，光纖數(shù)據(jù)總線的帶寬也將增加。如F