第九章光纖通信技術(shù)—11

1、第第9 9章章 光纖通信技術(shù)光纖通信技術(shù) 光纖通信技術(shù)是光纖應(yīng)用技術(shù)的一個(gè)重要應(yīng)用方向，它是以光纖技術(shù)、激光技術(shù)和光電集成技術(shù)為基礎(chǔ)而發(fā)展起來(lái)的。光纖通信是以光纖作為傳輸媒介、光波為載頻的一種先進(jìn)的通信手段。即利用近紅外區(qū)域波長(zhǎng)1000nm左右的光波作為信息的載波信號(hào)，把電話、電視、數(shù)據(jù)等電信號(hào)調(diào)制到光載波上，再通過(guò)光纖傳輸信息的一種通信方式。光纖通信具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，所以光纖一經(jīng)問(wèn)世，就以科技史上罕見(jiàn)的速度迅速發(fā)展而成為有效的通信手段。本章主要介紹了光纖通信的特點(diǎn)、分類和光纖通信系統(tǒng)的基本組成，以及光纖通信網(wǎng)絡(luò)和光通信的新技術(shù)。9.8 光孤子通信 9.8.1 光孤子概念 光孤子（solit

2、on）是經(jīng)光纖長(zhǎng)距離傳輸后，其幅度和寬度都不變的超短光脈沖（ps數(shù)量級(jí)）。光孤子的形成是光纖速度色散和非線性效應(yīng)相互平衡的結(jié)果。利用光孤子作為載體的通信方式成為光孤子通信。光孤子通信的傳輸距離可達(dá)上萬(wàn)千米，甚至幾萬(wàn)千米，目前還處于試驗(yàn)階段。 由前面分析可知，光纖通信的傳輸距離和傳輸速率受到光纖損耗和色散的限制。光纖放大器投入應(yīng)用后，克服了損耗的限制，增加了傳輸距離。此時(shí)，光纖傳輸系統(tǒng)，尤其是傳輸速率在Gb/s以上的系統(tǒng)，光纖色散引起的脈沖展寬，對(duì)傳輸速率的限制，成為提高系統(tǒng)性能的主要障礙。 為了增加傳輸距離，在光纖線路上，每隔一定的距離，可設(shè)置一個(gè)光纖放大器，以周期地補(bǔ)充光功率的損耗，但是多個(gè)

3、光纖放大器產(chǎn)生的噪聲積累又妨礙了傳輸距離的增加，因而要求提高傳輸信號(hào)的光功率，這樣便 產(chǎn)生非線性效應(yīng)。非線性效應(yīng)對(duì)光纖通信有害也有利，事實(shí)表明，克服其害還不如利用其利。 光纖非線性效應(yīng)和色散單獨(dú)起作用時(shí)，在光纖中傳輸?shù)墓庑盘?hào)都要產(chǎn)生脈沖展寬，對(duì)傳輸速率的提高是有害的。但是如果適當(dāng)選擇相關(guān)參數(shù)，使兩種效應(yīng)相互平衡，就可以保持脈沖寬度不變，因而形成光孤子。9.8.2光孤子通信系統(tǒng)的組成和工作原理 光孤子通信系統(tǒng)如圖9.96（a）所示。孤子源是一個(gè)光孤子激光器，用來(lái)發(fā)射光孤子，是光孤子通信系統(tǒng)的關(guān)鍵。光孤子源產(chǎn)生一列脈沖很窄且占空比很大的光脈沖，即孤子序列，作為信息的載體進(jìn)入光調(diào)制器。信息通過(guò)光調(diào)制

4、器對(duì)孤子調(diào)制，使之承載信息。被調(diào)制后孤子經(jīng)EDFA，向光孤子注入能量以補(bǔ)償光纖的能量消耗，保證光孤子的穩(wěn)定傳輸。在接收端通過(guò)探測(cè)器和解調(diào)裝置使孤子承載的信息重現(xiàn)。 光孤子源是光孤子通信系統(tǒng)的關(guān)鍵。要求光孤子源提供的脈沖寬度為ps數(shù)量級(jí)，并由規(guī)定的形狀和峰值。光孤子源有很多種類，如摻鉺光纖孤子激光器、鎖模半導(dǎo)體激光器等。 目前，光孤子通信系統(tǒng)已經(jīng)有許多實(shí)驗(yàn)結(jié)果。例如，對(duì)光纖線路直接實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，在傳輸速率為10Gb/s時(shí)，傳輸距離達(dá)到1000km；在傳輸速率為20Gb/s時(shí)，傳輸距離達(dá)到350km。對(duì)循環(huán)光纖間接實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)如圖9.96（b）所示，傳輸速率為2.4Gb/s，傳輸距離達(dá)12000km。 事

5、實(shí)上，對(duì)于單信道光纖通信系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，光孤子通信系統(tǒng)的性能并不比在零色散波長(zhǎng)工作的常規(guī)（非光孤子）系統(tǒng)更好。循環(huán)光纖間接實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，零色散波長(zhǎng)常規(guī)系統(tǒng)的傳輸速率為2.4Gb/s時(shí)，傳輸距離可達(dá)21000km，而為5Gb/s時(shí)可達(dá)14300km。然而，零色散波長(zhǎng)系統(tǒng)只能實(shí)現(xiàn)單信道傳輸，而光孤子系統(tǒng)則可用于WDM系統(tǒng)，使傳輸速率大幅度增加，因而具有廣闊的應(yīng)用前景。9.9 光纖通信技術(shù)在軍事中的應(yīng)用 由于眾所周知的優(yōu)點(diǎn)，光纖通信技術(shù)剛一出現(xiàn)，就引起了各國(guó)軍方的高度重視。各工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，特別是美國(guó)軍事部門(mén)早在20世紀(jì)80年代后，美國(guó)三軍確定在軍用系統(tǒng)中不僅是軍事系統(tǒng)，而且凡是有信息傳輸線路的系統(tǒng)中都要采

6、用光纖技術(shù)，制定了許多實(shí)施計(jì)劃，應(yīng)用范圍也日益擴(kuò)展。光纖通信在軍事上的應(yīng)用范圍包括戰(zhàn)術(shù)光纖通信系統(tǒng)、光纖局域網(wǎng)、光纖C3I系統(tǒng)、艦載通信、機(jī)載通信和航空電子設(shè)備系統(tǒng)、衛(wèi)星地球站通信、雷達(dá)信號(hào)遠(yuǎn)距離傳輸、戰(zhàn)術(shù)信號(hào)遠(yuǎn)距離傳輸、戰(zhàn)術(shù)制導(dǎo)武器系統(tǒng)等。可以說(shuō)，在武器中幾乎到處都有光纖通信技術(shù)的蹤影。本節(jié)首先介紹光纖通信技術(shù)在君上的應(yīng)用概況，然后重點(diǎn)介紹光纖通信在光纖制導(dǎo)中的應(yīng)用。9.9.1 光纖通信技術(shù)在軍事中的應(yīng)用概述 目前國(guó)外光纖通信在軍事中的主要應(yīng)用有長(zhǎng)距離戰(zhàn)術(shù)通信系統(tǒng)、LAN系統(tǒng)、C3I系統(tǒng)、數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)和本地分配系統(tǒng)等幾個(gè)方面。 1.戰(zhàn)術(shù)光纖通信系統(tǒng) 長(zhǎng)距離戰(zhàn)術(shù)光纖系統(tǒng)是美國(guó)三軍戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)的一

7、個(gè)組成部分，是美軍開(kāi)發(fā)光纖通信在軍事上的應(yīng)用的重要工程項(xiàng)目，計(jì)劃用10000km的光纜來(lái)替換20世紀(jì)70年代初美軍師以上部隊(duì)使用的CX-11230G雙同軸電纜系統(tǒng)以改善AN/TTC型電路交換機(jī)之間的傳輸性能。 美軍之所以首先用光纜來(lái)更新20世紀(jì)70年代裝備的野戰(zhàn)通信系統(tǒng)CX-11230G同軸電纜，是由于該系統(tǒng)的速率低、頻帶窄、中繼距離短，很不適應(yīng)現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)對(duì)通信的要求。為此，一些工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的軍事部門(mén)從20世紀(jì)80年代初就開(kāi)始組建野戰(zhàn)光纜傳輸系統(tǒng)，用以取代這種不適應(yīng)現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)要求的同軸電纜系統(tǒng)。當(dāng)時(shí)采用光纖通信產(chǎn)品代替CX-11230G同軸電纜，系統(tǒng)的中繼間距僅有68km,最多只能設(shè)置10個(gè)中繼器

8、，系統(tǒng)最長(zhǎng)距離近64km,傳輸速率只有20Mb/s。 本地分配系統(tǒng)也是美軍三軍戰(zhàn)術(shù)通信系統(tǒng)的一個(gè)組成部分，它與長(zhǎng)距離光纖傳輸系統(tǒng)相配套，共同更新戰(zhàn)術(shù)通信的性能。它是用光纖來(lái)替換野戰(zhàn)通信車間信息交換機(jī)（AN/TYC-39）與信息處理設(shè)備之間的連接電纜CX-4566-26。 衛(wèi)星地面光纖傳輸鏈路是地面分配系統(tǒng)的另一應(yīng)用，主要是用于衛(wèi)星地面站與數(shù)據(jù)處理中心的傳輸線路。美海軍海洋系統(tǒng)中心為此開(kāi)發(fā)了系列光纖傳輸系統(tǒng)，如AN/FAC-1、AN/FAC-2、AN/FAC-2ACV等 ，并已投入使用。系統(tǒng)的數(shù)據(jù)率分別是20kb/s和20Mb/s，傳輸非歸零碼，中繼距離為0.54.5km，均采用23芯光纜地下管

9、道安裝方式。 地面發(fā)射巡航導(dǎo)彈光纖數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)是本地分配系統(tǒng)在基地內(nèi)信息傳輸、野戰(zhàn)車輛計(jì)算機(jī)互連的典型應(yīng)用。主要是通過(guò)光纖數(shù)據(jù)傳輸將導(dǎo)彈的兩個(gè)發(fā)射控制中心和四個(gè)可移動(dòng)的發(fā)射架連接起來(lái)，用以傳輸數(shù)據(jù)和話音信號(hào)，并在大約100個(gè)彼此分開(kāi)的終端之間傳輸數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)對(duì)光纜的要求非常嚴(yán)格，要求能在-4671環(huán)境下正 常工作，不受風(fēng)、雪、雨、冰雹、掛冰、沙、煙霧、太陽(yáng)輻射和高空的影響，能經(jīng)受核爆炸產(chǎn)生的熱浪沖擊。 美國(guó)空軍戰(zhàn)術(shù)空中控制系統(tǒng)（TACS）是由按地理位置分布在整個(gè)作戰(zhàn)地區(qū)的許多指揮和控制中心組成的一種機(jī)動(dòng)戰(zhàn)術(shù)系統(tǒng)。構(gòu)成空軍戰(zhàn)術(shù)空中控制系統(tǒng)的兩個(gè)中心，即空中支援作戰(zhàn)中心和控制通報(bào)中心，采用了三種型

10、號(hào)的無(wú)線通信設(shè)備。這三種設(shè)備采用光纜連接，光纜的中繼傳輸距離在5 Km以上，最大距離可達(dá)49km。比金屬光纜增加10倍，而重量減少了1.5倍。 光纖通信在雷達(dá)系統(tǒng)的直接應(yīng)用是替換常規(guī)的波導(dǎo)和同軸電纜，更好地完成信號(hào)的傳輸和處理。世界上最早用光纖傳輸信號(hào)的雷達(dá)是1982年公布的安裝在美國(guó)科斯特的AN/FPX-62雷達(dá)，這是一種遠(yuǎn)距離交通管制和著陸系統(tǒng)雷達(dá)。1987年美國(guó)西屋電氣公司研制了用于AN/TPS-34戰(zhàn)術(shù)防空雷達(dá)系統(tǒng)的光接口。Herris公司，ITT公司和TRW公司研制了雷達(dá)天線遠(yuǎn)程化的微波光纖線路，傳輸距離長(zhǎng)達(dá)10km，數(shù)字信號(hào)傳 輸速率達(dá)8Gb/s，模擬信號(hào)傳輸速率達(dá)21Gb/s。

11、2.光纖局域網(wǎng)（OFLAN） 在許多現(xiàn)役軍事通信系統(tǒng)中都在裝備光纖局域網(wǎng)，以取代用金屬電纜做傳輸介質(zhì)的局域網(wǎng)，提高傳輸速度，擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)半徑。目前的光纖局域網(wǎng)是按以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)（IEEE 8023）組建的，采用環(huán)形或者有源星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，工作速率為10Mb/s，這是軍用電纜局域網(wǎng)向光纖局域網(wǎng)過(guò)渡的第一步，也叫軍用光纖以太網(wǎng)，在性能上可滿足軍方要求。 目前開(kāi)發(fā)的高性能局域網(wǎng)的特點(diǎn)是：戰(zhàn)術(shù)方艙內(nèi)或方艙之間的計(jì)算機(jī)終端和工作站實(shí)現(xiàn)互聯(lián)；由于采用標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，為局域網(wǎng)與開(kāi)放系統(tǒng)互聯(lián)兼容提供了可能；單個(gè)部件或某個(gè)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障時(shí)，其系統(tǒng)仍能可靠地運(yùn)行；每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以同主機(jī)通信，節(jié)點(diǎn)與主機(jī)之間采用雙向傳輸方式；每個(gè)節(jié)點(diǎn)都

12、可以提供足夠的緩沖，以保證每個(gè)主機(jī)可以同時(shí)傳輸和接收數(shù)據(jù)和指令信息；適應(yīng)性強(qiáng)，可以根據(jù)用戶的要求方便地增添或減少節(jié)點(diǎn)；網(wǎng)絡(luò)可匯集多條鏈路數(shù)據(jù)庫(kù)，匯集的數(shù)據(jù)總量可超過(guò)450Mb/s。 這種高性能的軍用光纖局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)在運(yùn)行中具有以下各項(xiàng)功能： 每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口都可以發(fā)送或接受信令信息；網(wǎng)絡(luò)控制中心具有特殊節(jié)點(diǎn)，并具有下列功能：a.啟動(dòng)起始程序；b.監(jiān)視和報(bào)告網(wǎng)絡(luò)工作狀態(tài)；c.監(jiān)視和報(bào)告設(shè)備功能執(zhí)行情況；d.具有遠(yuǎn)距離啟動(dòng)診斷功能；e.執(zhí)行自我檢測(cè)和診斷功能；f.周期性匯集統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，如鏈路應(yīng)用情況統(tǒng)計(jì)、節(jié)點(diǎn)通過(guò)數(shù)據(jù)量等，以計(jì)算網(wǎng)絡(luò)性能；g.定期匯集節(jié)點(diǎn)工作狀態(tài)報(bào)告，并提出新的連接和功能矩陣程序；節(jié)點(diǎn)可

13、定期自我診斷，并向網(wǎng)絡(luò)控制中心報(bào)告運(yùn)行狀態(tài)信息。這些信息包括：a.節(jié)點(diǎn)部件工作狀態(tài)； b.主機(jī)節(jié)點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)的連接狀態(tài)；c.網(wǎng)絡(luò)工作狀態(tài)工作變化情況；e.節(jié)點(diǎn)優(yōu)先權(quán)（根據(jù)其主機(jī)節(jié)點(diǎn)優(yōu)先權(quán)）；f.節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)和指令平均通過(guò)量。 性能更好、速率更高的光纖分布數(shù)據(jù)接口網(wǎng)絡(luò)也投入了使用，它采用令牌雙環(huán)結(jié)構(gòu)，速率達(dá)10Mb/s，是在IEEE802.5基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的新一代局域網(wǎng)接口標(biāo)準(zhǔn)。網(wǎng)絡(luò)可適于同步或異步數(shù)據(jù)傳輸，使用寬帶實(shí)時(shí)通信。網(wǎng)絡(luò)充分利用光纖固有的寬帶能力，并能增強(qiáng)系統(tǒng)的抗毀性，是提高 戰(zhàn)術(shù)通信性能的有效手段。 美國(guó)研究較多的光纖局域網(wǎng)是星形LAN和以太LAN。前者可較好地傳輸數(shù)字和模擬信號(hào)，后者可通

14、過(guò)自動(dòng)文件搜索，信息處理和圖像狀態(tài)顯示，為戰(zhàn)略決策提供準(zhǔn)確實(shí)時(shí)的情報(bào)。光纖分布數(shù)據(jù)接口（FDDI）對(duì)實(shí)現(xiàn)軍用通信指揮自動(dòng)化更有效。 美國(guó)光通公司研制具有容錯(cuò)功能的、用于地對(duì)空戰(zhàn)場(chǎng)雷達(dá)信息系統(tǒng)連接的 環(huán)形以太光纖網(wǎng)，工作速率為10Mb/s；性能更好、速率更高的FDDI網(wǎng)絡(luò)也已應(yīng)用，它采用令牌雙環(huán)結(jié)構(gòu)，速率達(dá)100Mb/s，站間距離最長(zhǎng)可達(dá)2km，總長(zhǎng)可達(dá)100km，500個(gè)節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)可適于同步或異步數(shù)據(jù)傳輸，適用于寬帶實(shí)時(shí)通信。 典型的艦載高速光纖網(wǎng)是美國(guó)海軍Aegis巡洋艦的光纖網(wǎng)絡(luò)，它采用FDDI網(wǎng)絡(luò)中的雙光纖環(huán)網(wǎng)更新艦上的金屬纜通信系統(tǒng)，可以把艦上的傳感、武器、電子設(shè)備和計(jì)算機(jī)等數(shù)據(jù)綜合到

15、本網(wǎng)中進(jìn)行傳輸和處理。 Aegis巡洋艦上的光纖網(wǎng)絡(luò)是符合實(shí)戰(zhàn)要求的現(xiàn)代 化通信網(wǎng)，可承擔(dān)多達(dá)100個(gè)有源傳輸站相互間的業(yè)務(wù)傳輸。 德國(guó)西門(mén)子公司也在致力于研究軍事環(huán)境條件下可傳輸聲音、圖像、數(shù)據(jù)、圖表的光纖網(wǎng)絡(luò)，目前已完成第一代和第二代網(wǎng)絡(luò)的研制。正在開(kāi)發(fā)功能更多、更經(jīng)濟(jì)的第三代光纖網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。德國(guó)Deustsche系統(tǒng)技術(shù)研究所開(kāi)發(fā)的用于海軍或陸軍系統(tǒng)的光纖LAN可以高質(zhì)量、高可靠地傳輸數(shù)據(jù)、聲音和圖像信息。目前8Mb/s的網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)裝備部隊(duì)，正在研制34Mb/s的系統(tǒng)。3.光纖 系統(tǒng) 美國(guó)的 系統(tǒng)在海灣戰(zhàn)爭(zhēng)中對(duì)贏得戰(zhàn)爭(zhēng)的勝利發(fā)揮了重要作用。尤其是美三軍聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)通信系統(tǒng)、MSE和改進(jìn)型陸軍戰(zhàn)術(shù)

16、通信系統(tǒng)都發(fā)揮了重要作用。所謂光纖 系統(tǒng)就是用光纜來(lái)代替同軸電纜將指揮、控制和通信與三軍聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)通信系統(tǒng)各單元連接起來(lái)，這樣可大大改善這種戰(zhàn)術(shù)通信系統(tǒng)的性能。由于光纖信息帶寬很寬，因此光纖 容量很大，可以處理更多的圖像和活動(dòng)圖像信息，保密性更強(qiáng)。目前已有戰(zhàn)區(qū)光纖 系統(tǒng)、3C I3C I3C I3C I3C I3C I3C I3C I3C I3C I3C I3C I3C I3C I 戰(zhàn)術(shù)武器光纖 系統(tǒng)、艦載光纖 系統(tǒng)、機(jī)載光纖 系統(tǒng)、雷達(dá)系統(tǒng)光纖 系統(tǒng)、衛(wèi)星光纖 系統(tǒng)、導(dǎo)彈光纖 系統(tǒng)在應(yīng)用或研制。 最早建成的光纖 系統(tǒng)是美國(guó)Artel通信公司為美國(guó)陸軍提供的電視、電話會(huì)議和數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)VBITS

17、，該系統(tǒng)是環(huán)形和星形結(jié)構(gòu)，有18個(gè)站點(diǎn)，戰(zhàn)距6km。最大的系統(tǒng)則是美國(guó)空軍導(dǎo)彈司令部1979年與GET公司簽訂合同，193C I3C I3C I3C I3C I3C I3C I3C I3C I3C I3C I3C I3C I3C I3C I3C I3C I3C I3C I3C I3C I3C I3C I3C I3C I3C I3C I3C I3C I3C I3C I3C I3C I3C I 81年建成的MX導(dǎo)彈發(fā)射控制用的MX導(dǎo)彈光纖 系統(tǒng)，該系統(tǒng)全長(zhǎng)15000km，連接兩個(gè)作戰(zhàn)指揮中心，4個(gè)區(qū)域支援中心，4800個(gè)有人/無(wú)人站，200個(gè)發(fā)射架。該系統(tǒng)可傳輸指揮與狀態(tài)數(shù)據(jù)、儀表遙測(cè)數(shù)據(jù)和飛行控

18、制中心閉路電視的視頻信息。美國(guó)佛羅里達(dá)州電子系統(tǒng)公司研制的光纖 網(wǎng)絡(luò)，速率達(dá)3Gb/s，可以傳輸聲音、圖像和數(shù)據(jù)，用于各種路基、天基、艦船平臺(tái)的 系統(tǒng)。英國(guó)皇家信號(hào)研究所也開(kāi)展了基于光纖技術(shù)的光纖 系統(tǒng)研究工作。3C I3C I3C I3C I3C I3C I3C I3C I4. 光纖數(shù)據(jù)總線系統(tǒng) 光纖通信在飛機(jī)上的應(yīng)用對(duì)減少通信設(shè)備的重量和體積起到重要作用，目前在飛機(jī)上大部將光纖通信用作數(shù)據(jù)總線。美國(guó)早在1974年就在A-7飛機(jī)上進(jìn)行試驗(yàn)，后來(lái)分別在F-15、F-16、F-18戰(zhàn)斗機(jī)上做過(guò)試驗(yàn)，同時(shí)還在DC-10，波音737-200做過(guò)多次試驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)中突出機(jī)載通信的特點(diǎn)，在線路上采用大芯徑

19、和大數(shù)值孔徑光纖。在A-7上試驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)采用星形結(jié)構(gòu)，傳輸速率為1Mb/s和10Mb/s。在F-15戰(zhàn)斗機(jī)上，美 國(guó)羅姆航空發(fā)展中心在AN/GYQ-21（V）數(shù)據(jù)處理中采用光纖數(shù)據(jù)總線，能以多種組合方式進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，該系統(tǒng)采用光纖數(shù)據(jù)總線后，外圍設(shè)備的間距可達(dá)2000m，速率達(dá)60Mb/s。美國(guó)空軍還進(jìn)行了航天系統(tǒng)光纖數(shù)據(jù)總線研究計(jì)劃，它將低損耗的19芯塑料包層二氧化硅光纖作為數(shù)據(jù)總線，在RC-135飛機(jī)上進(jìn)行試驗(yàn)。美海軍小石域號(hào)航母上的雷達(dá)數(shù)據(jù)總線匯總到中央控制室，其傳輸容量達(dá)1Gb/s。 1986年，美軍將軍標(biāo)MIL-STD-1773的1Mb/s速率提高到STANAG-3910所要求的 速率2

20、0Mb/s，1986年后制定和開(kāi)發(fā)了高速環(huán)形總線（HSRB）標(biāo)準(zhǔn)SAE-AS4074，2FDDN（光纖數(shù)據(jù)分布網(wǎng)），速率又從20Mb/s提高到50100Mb/s。 法國(guó)的Thoson-CFS公司也研制過(guò)與光纖數(shù)據(jù)總線連接的R-NAY光纖時(shí)分復(fù)用系統(tǒng)，作為飛機(jī)的水平和垂直導(dǎo)航用。9.9.2 光纖制導(dǎo)系統(tǒng) 光纖制導(dǎo)技術(shù)是用光纖來(lái)取代金屬線制導(dǎo)武器的新技術(shù)，它將成為推動(dòng)有線制導(dǎo)武器進(jìn)一步發(fā)展的唯一技術(shù)，還可用于未來(lái)的外層空間衛(wèi)星武器的有線制導(dǎo)。光纖制導(dǎo)武器被稱為“智能兵器”，最主要的是由于它采用了光纖線路、光纖傳感器和小型光纖紅外尋的器，這使得它的信息數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量得到很大改善，因而性能格外優(yōu)良，以至

21、達(dá)到“智能”水平，從而獲得了“第一代智能兵器”的美譽(yù)。 1.光纖制導(dǎo)系統(tǒng)基本組成與工作原理 光纖制導(dǎo)系統(tǒng)根據(jù)圖像的不同，目前的光纖制導(dǎo)武器有兩種類型：一類是白天使用的晝光型，采用光纖電視制導(dǎo)系統(tǒng)；另一類是全天候使用的晝夜型，采用紅外成像制導(dǎo)系統(tǒng)。光纖制導(dǎo)系統(tǒng)由圖像導(dǎo)引頭和光纖雙向信息傳輸系統(tǒng)組成。其中，導(dǎo)引頭由圖像傳感器、穩(wěn)定系統(tǒng)、控制電路以及力矩伺服系統(tǒng)、圖像跟蹤器等組成。光纖雙向傳輸系統(tǒng)由彈上光電端機(jī)、彈上波分復(fù)用器、光纜線管、地面波分復(fù)用器、地面光端機(jī)等組成，如圖9.97所示。 制導(dǎo)基本原理如圖9.98所示，光纖制導(dǎo)導(dǎo)彈（FOG-M），它是一種非直視武器，可以從一個(gè)隱蔽的位置發(fā)射，先垂直

22、飛行到200m左右的高度，然后點(diǎn)火轉(zhuǎn)向，轉(zhuǎn)入巡航飛行，導(dǎo)彈即按控制臺(tái)發(fā)出的指令飛向目標(biāo)區(qū)上空，裝在彈體末端線軸上的光纜隨之放出。導(dǎo)彈頭部的電視（或紅外成像）導(dǎo)引頭在光纖傳來(lái)的指令信號(hào)控制下搜索目標(biāo)，將所“看”到的圖像和收集到的各種信息數(shù)據(jù)通過(guò)連接于導(dǎo)彈與地面控制裝置之間的雙向光纖指令系統(tǒng)反饋到地面控制臺(tái)，經(jīng)信息處理后顯示在控制臺(tái)屏幕上。射手根據(jù)收到的 圖像信息分析戰(zhàn)場(chǎng)情況，并通過(guò)同一根光纜向?qū)棸l(fā)出控制指令，遙控導(dǎo)彈飛行，并按一定的制導(dǎo)律控制導(dǎo)彈向目標(biāo)方向飛行，直至命中目標(biāo)。 2.光纖制導(dǎo)的關(guān)鍵技術(shù) 光纖制導(dǎo)的關(guān)鍵技術(shù)包括制導(dǎo)光纜強(qiáng)度與細(xì)徑化，光纜拼接、纏繞與高速釋放，光纖雙向信息傳輸以及導(dǎo)引

23、頭等。 （1）制導(dǎo)光纜強(qiáng)度與細(xì)徑化 制導(dǎo)光纜釋放機(jī)構(gòu)安裝在導(dǎo)彈尾部，光纜的長(zhǎng)度一般略大于導(dǎo)彈的最遠(yuǎn)射程（最遠(yuǎn)為 60km）。制導(dǎo)光纜有別于普通的通信光纜，必須滿足制導(dǎo)應(yīng)用的特定要求，屬于特種光纖。這些特定要求主要包括：強(qiáng)度高、光學(xué)傳輸性能穩(wěn)定、光纜直徑細(xì)。制導(dǎo)用光纖一般是在普通或特種光纖的基礎(chǔ)上經(jīng)過(guò)加強(qiáng)、被覆后制成的，要求強(qiáng)度篩選張力為1.38MPa。另外，為了增加射程，需要考慮制導(dǎo)光纜的細(xì)徑化問(wèn)題。光纜直徑變細(xì)可使同樣結(jié)構(gòu)導(dǎo)彈的射程增加一倍。根據(jù)不同用途直徑在0.31mm。 （2）光纖拼接、纏繞與高速釋放 為了增加導(dǎo)彈的射程，制導(dǎo)光纜拼接是不可避免的，對(duì)制導(dǎo)光纜拼接的要求是拼接處的光纜直徑與

24、原直徑相同，同時(shí)還具有很強(qiáng)的抗拉力。拼接要求制導(dǎo)光纜既具有最低損耗，又不損失強(qiáng)度，擴(kuò)延到幾十千米至100km以上長(zhǎng)度而無(wú)疵痕，這是相當(dāng)困難的。 光纜的繞放機(jī)理和繞放機(jī)構(gòu)對(duì)導(dǎo)彈順利發(fā)射并滿足飛行速度要求至關(guān)重要。在導(dǎo)彈飛行過(guò)程中，為了保證光纜不斷線和可靠地信號(hào)傳輸，光纜的纏繞技術(shù)十分重要。 高速釋放技術(shù)與線軸設(shè)計(jì)及光纜纏繞技術(shù)密切相關(guān)，這兩項(xiàng)技術(shù)是高速釋放的基礎(chǔ)，但是通過(guò)放線試驗(yàn)也可以為線軸設(shè)計(jì)、光纜纏繞和光纖技術(shù)提供改進(jìn)的依據(jù)。高速釋放技術(shù)包括地面模擬放線、飛行放線試驗(yàn)以及相關(guān)的測(cè)試技術(shù)。 （3）光纖雙向信息傳輸系統(tǒng)是FOG-M系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，是由單根制導(dǎo)光纜構(gòu)成的雙向全雙工傳輸系統(tǒng)。

25、作用是進(jìn)行彈上與地面制導(dǎo)站之間信息的傳輸。在一根光纜里有兩個(gè)傳輸信道，由導(dǎo)彈到地面控制站的信道叫下行線，由地面控制站到導(dǎo)彈的信道 叫上行線。實(shí)現(xiàn)光纜雙向傳輸系統(tǒng)有模擬傳輸和數(shù)字傳輸兩種方案。下行線傳輸由彈上攝像機(jī)攝取的目標(biāo)背景的圖像信號(hào)到地面控制站后，地面控制站的圖像處理單元通過(guò)計(jì)算機(jī)運(yùn)算產(chǎn)生控制指令（或介入閉環(huán)的人工手動(dòng)產(chǎn)生控制指令），控制指令由上行線傳輸?shù)綇椛希刂茖?dǎo)彈的飛行，把導(dǎo)彈引向目標(biāo)。 （4）導(dǎo)引頭 FOG-M的另一關(guān)鍵部件是安裝在頭部的熱成像導(dǎo)引頭。在智能制導(dǎo)中，毫米波與紅外成像相結(jié)合是最佳的技術(shù)途徑，它能大 大提高制導(dǎo)導(dǎo)彈的作戰(zhàn)能力，具有全天候作戰(zhàn)能力強(qiáng)、制導(dǎo)精度高和抗干擾能力

26、強(qiáng)的特點(diǎn)。隨著光電技術(shù)、微電子技術(shù)和超大規(guī)模集成技術(shù)的發(fā)展，尋的制導(dǎo)將向更多模式的復(fù)合形式發(fā)展。 在以上關(guān)鍵技術(shù)中，光纖雙向傳輸系統(tǒng)是光纖制導(dǎo)導(dǎo)彈系統(tǒng)中一個(gè)重要標(biāo)志性的組成部分。下面介紹光纖制導(dǎo)雙向信息傳輸系統(tǒng)的特點(diǎn)、構(gòu)成及工作原理。9.9.3 光纖制導(dǎo)雙向信息傳輸系統(tǒng) 1.光纖制導(dǎo)雙向信息傳輸系統(tǒng)總體構(gòu)成及工作原理 系統(tǒng)由如下幾部分構(gòu)成：彈上發(fā)射端機(jī)、彈上接收端機(jī)、彈上雙向耦合器、制導(dǎo)光纜、地面雙向耦合器、地面接收端機(jī)、地面發(fā)射端機(jī)，其方框圖如圖9.99所示。 由電視導(dǎo)引頭產(chǎn)生的視頻信號(hào)經(jīng)預(yù)處理和調(diào)制后，驅(qū)動(dòng)彈上激光器發(fā)光，經(jīng)彈上雙向耦合器進(jìn)入制導(dǎo)光纜。光信號(hào)傳到地面 以后，經(jīng)地面雙向耦合器

27、分離，進(jìn)入地面的下行線光接收端機(jī)。在地面光接收端機(jī)經(jīng)前放、主放、解調(diào)、視放等環(huán)節(jié)輸出視頻信號(hào)。 地面控制站產(chǎn)生的控制指令，進(jìn)入地面發(fā)射端機(jī)，經(jīng)信號(hào)處理、編碼，驅(qū)動(dòng)激光器發(fā)光。光信號(hào)經(jīng)地面雙向耦合器耦合進(jìn)入制導(dǎo)光纜，上傳到彈上后，由彈上雙向耦合器分離出來(lái)，再經(jīng)光接收機(jī)前放、主放、信號(hào)解碼后分路輸出，驅(qū)動(dòng)彈上的操作單元。 光纖雙向信息傳輸系統(tǒng)采用高強(qiáng)度單模光纖經(jīng)被覆加強(qiáng)以后制成的高強(qiáng)度制導(dǎo)光纜作為 傳輸介質(zhì)。 系統(tǒng)采用 單模雙通道波分復(fù)用器作雙向耦合器構(gòu)成雙向傳輸系統(tǒng)。利用其對(duì) 和 兩種波長(zhǎng)不同的光的耦合/分離作用，實(shí)現(xiàn)單根光纖雙向傳輸。上行線工作波長(zhǎng)為1550nm，下行線工作波長(zhǎng)為1310nm。

28、 下行線上來(lái)自電視導(dǎo)引頭的視頻信號(hào)經(jīng)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)后進(jìn)入預(yù)處理電路。預(yù)處理電路包括放大、同步分離、鉗位、非線性校正四個(gè)部分。經(jīng)過(guò)預(yù)處理以后的視頻信號(hào)進(jìn)行方波頻率調(diào)制（SWFM），產(chǎn)生SWFM脈沖流驅(qū)動(dòng)激光器（1300nm）發(fā)光。激光器發(fā)出的光信號(hào)經(jīng)彈上雙12/1212/1212/1 向耦合器進(jìn)入制導(dǎo)光纜。光信號(hào)由制導(dǎo)光纜傳到地面控制站以后經(jīng)地面的雙向耦合器分離出來(lái)，經(jīng)光接收前放、主放、判決以后經(jīng)單穩(wěn)倍頻電路形成倍頻的等寬PFM脈沖，由后續(xù)的低通濾波器濾出視頻信號(hào)，經(jīng)視放電路以后輸出。下行線彈上發(fā)射機(jī)采用差分驅(qū)動(dòng)電路，激光器帶有APC環(huán)節(jié)。為了壓縮彈上電路規(guī)模，省去激光器的ATC電路。系統(tǒng)采用熱穩(wěn)定性比較好的激光器。在設(shè)定驅(qū)動(dòng)狀態(tài)下，可以取得0dBm（1mW）左右的出纖平均信號(hào)光功率。接受前放電路采用PIN FET模塊，主放電路、比較判決電路和 倍頻單穩(wěn)電路都由集成電路構(gòu)成由7階平衡切比雪夫低通濾波器，濾出倍頻等寬PFM脈沖流中的視頻信號(hào)后，經(jīng)視頻放大后輸出。 上行線中，地面圖像跟蹤器（或手動(dòng)跟蹤器 ）以并行的數(shù)字格式把控制導(dǎo)彈飛行調(diào)整量X和Y的數(shù)字