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1、光线通信技术在军事上的应用光纤通信题 目： 光纤通信技术在军事上的应用 班 级： 通信13-3班 姓 名： 崔红梅 学 号： 1306030302 指导老师： 李新春 成 绩： 电子与信息工程学院信息与通信工程系光纤通信技术在军事上的应用1 绪论光纤通信在社会信息化发展的进程中扮演着重要的角色，是通信技术的一个重要分支。随着新型光电器件的不断出现，光线通信技术也得到了快速的发展，十七传输容量得到了极大地提高，目前，光纤已经在许多场合取代了铜线而成为主要的传输媒介。无论电信骨干网还是以太网或是校内网乃至智能建筑内的综合布线系统，无论是陆地还是海洋，都有光纤的存在。光放大器光检测器调制光源 再生中
2、继器信号复原光纤通信是以光波作为载波，以光纤作为传输媒介的一种新兴有线通信技术。它首先要在放射端将需传送的电话、电报、图像和数据等信号进行光电转换，即将电信号转换为光信号，再经光纤传输到接收端，接收端将接收到的光信号转变成电信号，最终还原成原信号。图1-1为光纤通信系统的构成示意图。电信号输入 尾纤 光纤 光耦合器 光纤 尾纤 电信号输出图1-1 光纤通信系统的构成Fig1-1 The composition of the optical fiber communication system2 光纤通信技术在军事上的应用由于光纤作为一种传输媒质，与传统的铜电缆相比具有一系列明显的优点，因此，自
3、上世纪70年头以来，光纤技术不仅在电信等民用领域取得了飞速的发展，而且因其抗电磁干扰、保密性好、抗辐射实力强，以及重量轻、尺寸小等优点，使它也得到了各发达国家政府和军方的重视和青睐。特殊是在美国，早在80年头中期，先后安排的光纤军事应用项目就达400多项，这些项目包括固定设施通信网、战术通信系统、遥控侦察车辆和飞行器、光纤制导导弹、航空电子数据总线和设备链路、舰载光纤数据总线、反潜战网络、水声拖曳阵列、遥控深潜器、传感器和核试验等。这些项目接连有报道取得了不同的进展。进入90年头以来，光纤技术的军事应用接着受到美、欧等国军方的重视。在美国，三方光纤技术开发活动的安排项目分成五大部分：有源和无源
4、光元件、传感器、辐射效应、点对点系统和网络系统。由三军光纤协调委员会进行组织，每年投资为5千万美元。在面对21世纪的今日，美国国防部已把“光子学、光电子学”和“点对点通信”列为2010年十大国防技术中的两项。其中光纤技术占据着举足轻重的地位。这预示着美国等西方国家对光纤技术军事应用的探讨将全面绽开并加速进行。而各项先期应用及演示、验证表明，21世纪的军事通信和武器装备离开了光纤技术将无“现代化”或“先进”可言，在将来斗争中将处于被动挨打的局面。2.1 光纤技术在陆军军事上的应用2.1.1 光纤技术在军事通信的应用光纤技术在陆上的军事通信应用主要包括三个方面：a.战略和战术通信的远程系统；b.基
5、地间通信的局域网；c.卫星地球站、雷达等设施间的链路。自从“信息高速马路”概念的出现，美国就在军用信息高速马路的发展走在了世界各国的前面。1992年6月，美国参谋长联席会议下发了名为“武士C4T”的关于美军21世纪通信和协同作战总体规划的框架文件。“武士C4T”安排的目标是按军用“信息高速马路”的要求，建立一个全球性的实时军用通信网，即称为“信息球”的全球通信网。它将是一个连通士兵、指挥所和各种传感器的指挥网，是一个反应灵敏的C8系统。它的基础就是国防信息系统网（DISN），由地面及卫星的军用和民用通信系统所构成。目标DISN是一个宽带综合业务数字网，传输容量将高达几Gb/s。战场信息系统是支
6、持美国陆军21世纪作战理论的将来军用信息系统。在该系统中，光纤局域网，特殊是光纤分布数据接口（FDDI）是关键技术之一。1. 美军三军联合战术通信系统（TRI-TAC）美军三军联合战术通信系统（TRI-TAC）在海湾斗争中发挥了重要作用，但也暴露出不少问题。美军依据暴露出的问题和将来的作战要求，从以下三个方面对TRI-TAC进行了技术改进：一是由空军负责TAC-1光缆系统，它将代替同轴电缆，装备分布在全球的美军TRI-TAC系统；二是有陆军负责野战光缆传输系统（FOTS），拟用10000km的光缆代替CX-11230型同轴电缆；三是有海军陆战队负责野战光缆系统（FOCS），用于连接数字交换机和
7、无线电设备。2. 美军陆军战术指挥自动化系统（）美军陆军战术指挥自动化系统，常称为系统。它的目的就是在战场态势瞬息万变的现代斗争中把情报信息获得系统、通信设备与系统、数据分析和处理系统、显示系统等综合起来，从而构成一个统一的、高度自动化的指挥限制系统。按作战任务的性质和规模的不同，系统可分为战略系统和战术系统，其中战术系统一般是指军及以下的单位运用的系统，主要用于实现战场的实时限制指挥。美国战术系统的研制工作起先于20世纪59年头，但由于要求其机动敏捷抗击毁、便于维护、工作牢靠、适用于战场环境，直到20世纪80年头随着计算机、光探测、网络、光纤传输等技术的发展，该系统才达到好用化的程度。运用光
8、纤代替系统的同轴电缆，能使系统的信息输出方式由电学信息传递改为光学信息传递，由此带来下面一系列的优越性：（1）通信容量大以激光作载频的光纤通信，其载频频率可达Hz，比微波频率高倍。理论上，按通信带宽为载频的1/100计算，那么它的通信带宽比微波。若取典型频率为Hz，则通信带宽为Hz。（2）损耗小，中继距离长目前，光纤的传输损耗已下降到0.14dB/km（单模光纤），可实现几百公里无中继传输。通常的运用水平是：多模光纤的传输损耗达13dB/km，中继距离可达1530km。单模光纤的传输损耗为0.5dB/km，中继距离可达5060km。（3）高牢靠性光纤不受电磁干扰，能避开核爆炸可电磁脉冲引起的信
9、号衰减和设备性能的降低，也不易受太阳辐射的电离干扰，同时间纤自身也不向外辐射电磁能量，这为高牢靠、高保密的通信供应了必要的保证。（4）高通信质量光纤通信是光子传输方式，通信系统无需短路和接地环路，且信道间无串扰，这是高通信系统所必需的。（5）通信系统体积小、重量轻1kg石英玻璃可拉制100km长的光纤，成缆后的重量也比电缆轻得多，一般仅为电缆重量的1/100或1/1000。轻的电缆不仅便于敷设，而且有利于快速转移和直升机快速布线。就整个系统而言，光通信设备体积较之电缆通信设备的体积大大减小，而且光纤通信的中继距离很长，相同的传输距离可使中继器个数削减80%。所以，光纤通信系统的总重量较电缆通信
10、削减了67%75%。2.1.2 光纤制导导弹系统光纤制导导弹系统是以光纤作为制导信息传输介质的一种导弹系统，是有线制导武器领域一项新的突破，近年来在国外受到极大地重视。主要用于打坦克，也可以打低空飞行的直升机。这种导弹的头部装有微光电视摄像机或红外成像导引头，尾部有一卷光纤与放射限制装置相联。导弹飞行时间纤从尾部放出，同时导引头的摄像机将拍摄的目标图像传到放射限制装置，限制指令通过光纤传给导弹的制导系统，限制导弹命中目标由于光纤传输的信息量大、频带宽、功耗低、自身辐射微小，所以光纤制导导弹目前仍处于工程研制阶段，美国、法国、德国和巴西等国家都在研制。其中巴西研制的一种光纤制导导弹，长1.5米，
11、直径180毫米，可从地面、舰艇和飞机上放射，最大射程达20公里；采纳空心装药战斗部，可击穿1000毫米厚的钢装甲。光纤制导导弹系统的结构如图3-1所示，主要由导弹、限制站和光纤三部分构成寻的器信号加工LD/LED双向耦合器PIN/APD光纤线轴PIN/APD信号处理监视器双向耦合器LD/LED 下 行 上 行 图3-1 光纤制导导弹系统的结构示意图Fig 3-1 The structure of the optical fiber guided missile system schematic diagram1. 导弹导弹主要是由寻的器、万象支架、惯性测量装置、限制器、光源、探测器和双向耦合器
12、等组成。其中，寻的器是用于探测目标的关键部件，可装配可见光摄像机、前视红外成像器和毫米波雷达等成像设备，实时获得目标及景物成像；万象支架用于限制和稳定导弹的飞行轴向；惯性测量装置用于测量并实时供应导弹的运动状态信息；限制器可以依据限制站发出的指令，限制导弹的飞行状态；光源可向限制站发送光信号；探测器用于接收来自限制站的光信号；光纤双向耦合器用于光信号的分别与合成。2. 限制站光纤制导导弹系统的限制站可以设置在地面或者车辆上，它主要通过双向耦合器将光源发出的带有信息的光信号经过上行线路传送至导弹，或者利用光探测器接收由导弹经下行线路传来的目标消息。探测器接收的目标消息经信号处理后，最终在监视器上
13、显示出来，以供操作人员对导弹的飞行姿态进行调整。3. 光纤光纤是导弹与限制站之间的光信息传输通道。光纤制导导弹系统的工作原理是：装配在导弹头部的摄像机将拍摄到的目标及场景光学图像转换成电信号（视频信号），与其他电信号（如导弹的飞行姿态数据）一起，调制弹上的光源（LD或LED），形成波长为的光信号。光信号经过光纤下传到限制站。限制站利用探测器（PIN光电二极管或APD）将光信号转换为电信号，经信号处理，变为图像等有用信息。操作人员依据这些信息，发出对导弹执行部件的各种限制吩咐，限制指令经站内的光发送机转换成波长为的光信号，光信号通过光纤上传至弹内的光接收机，经光电转换，变为电信号，从而限制导弹的
14、飞行姿态，实现对目标的自动跟踪，直至摧毁目标。因此，在光线制导导弹系统中，光纤是制导系统功能得以实现的基础桥梁，无论是限制指令的上传还是弹体状态信息或目标信息的下行，都离不开这一传输介质。光纤制导导弹系统对其所用的光纤有一些特殊的要求：（1）光纤直径小。制导用光纤是由高强度光纤经过外部加强二制成的单芯光纤，为了尽可能减小制导光纤的体积，节约导弹的空间，提高有效载荷，制导光纤的直径一般都很小，大都在0.5mm以下。不同应用场合下须选用不同的光纤。工作波长为1550nm的单模光纤多用于中、远程（大于10km）制导；工作波长为1310nm的多模光纤多用于近程（小于10km制导）。高强度。在制导过程中，光线从飞行导弹上的线轴中放出，它必需能够经受住弯曲所引起的张力和导弹飞行时间内相当高的动态拉力。这些都要求直到光线应有比一般光纤更高的抗张强度。拼接效果好。对于远程制导，要求光纤的长度在10Km以上。但实际不管制造工艺多么精细，光纤在这么长的距离上都难免出现裂纹。因此，往往须要对光纤进行很好的拼接。若拼接不好，则会引起较大的能量传输损耗及断线或绞缠等故障。光纤
