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          光通信技術(shù)在潛艇武器系統(tǒng)中的應(yīng)用

          作者: 時間:2009-12-10 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏


          光纖制導(dǎo)技術(shù)具有信息傳輸容量大、制導(dǎo)精度高及隱蔽性好等特點,光纖制導(dǎo)由于質(zhì)量輕、體積小和費用低,成為延長并提高有線制導(dǎo)距離和命中概率的重要途徑。
          隨著的發(fā)展,以及中各設(shè)備間內(nèi)容的增加,傳統(tǒng)的形式和介質(zhì)難以滿足要求,所以光通信以其容量大、時延短、可靠性高等優(yōu)點受到了廣泛關(guān)注。武器通信包括系統(tǒng)中各設(shè)備間的通信以及武器系統(tǒng)與武器之間的通信。隨著技術(shù)的發(fā)展,武器的速度和航程已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了原來的范圍,隨之而來的是高航速、大航程帶來了更多的信息通信量,基于傳統(tǒng)金屬導(dǎo)線的通信形式難以滿足大量的信息交換的要求,于是光纖以其自身的諸多優(yōu)勢,逐漸受到了人們的普遍關(guān)注。

          本文引用地址:http://cafeforensic.com/article/157741.htm


          1 光纖在潛艇武器系統(tǒng)中是必然
          在講述潛艇武器系統(tǒng)之前首先講一下通信系統(tǒng)的分類:
          1)按消息的物理特性分類:根據(jù)消息的物理特征不同,通信系統(tǒng)可以分為電報通信系統(tǒng)、電話通信系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)和圖像通信系統(tǒng)等。
          2)按調(diào)制方式分類:根據(jù)是否采用調(diào)制,可將通信系統(tǒng)分為基帶傳輸和頻帶(調(diào)制)傳輸。
          3)按信號特征分類:可以分為模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)。
          4)按傳輸媒介分類:分為有線和無線兩類。
          5)按信號復(fù)用方式分類:傳送多路信號有3種復(fù)用方式,即頻分復(fù)用、時分復(fù)用和碼分復(fù)用。頻分復(fù)用是用頻譜搬移的方法使不同信號占據(jù)不同的頻率范圍;時分復(fù)用是用抽樣的或脈沖調(diào)制方法使不同信號占據(jù)不同的時間區(qū)間;碼分復(fù)用是用一組包含相互正交的碼組攜帶多路信號。
          按照上述的分類標(biāo)準(zhǔn),潛艇武器系統(tǒng)屬于時分復(fù)用、有線、數(shù)字、頻帶傳輸、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。在潛艇武器系統(tǒng)中采用光纖有以下優(yōu)點:
          1)通信容量大:采用光纖通信遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)的采用金屬導(dǎo)線的通信容量;
          2)通信可靠;
          3)光纖密度小,質(zhì)量輕:光纖成分為二氧化硅,所以其密度小于銅導(dǎo)線,在海水中是零浮力或者正浮力,所以無論通信距離多長,都不需考慮自身重力對整個通信系統(tǒng)的影響;
          4)光纖物美價廉:光纖的物理成分為二氧化硅,在自然界中含量很高,而且民用光纖已發(fā)展得很成熟,所以成本較低;
          5)抗電磁干擾能力加強(qiáng):眾所周知,在潛艇武器系統(tǒng)通信中電磁干擾是一大難題,但光纖通信由于采用了光信號形式,也就自然擺脫了電磁干擾的困擾;
          6)民用技術(shù)成熟,便于移植:現(xiàn)在光纖通信技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛而深入的研究,并且在電信等領(lǐng)域已得到了廣泛,所以光纖通信在潛艇武器系統(tǒng)中的可以在民用技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行移植,縮短了研制周期和成本。


          2 光纖通信系統(tǒng)的實現(xiàn)
          2.1 光纖通信系統(tǒng)的組成
          光通信系統(tǒng)一般由光發(fā)送部分、光接收部分、光源、光電檢測器、光波分復(fù)用器、光連接器等部分組成。下面對其中的幾部分進(jìn)行簡單介紹:
          1)光發(fā)送機(jī)和接收機(jī)
          要實現(xiàn)信息傳輸,必須實現(xiàn)光調(diào)制和解調(diào)。信息信號對光源發(fā)出的光信號的調(diào)制即光調(diào)制。調(diào)制后的光信號經(jīng)過光纖傳送到光檢測器,經(jīng)過處理再恢復(fù)出原有的信息,這個過程稱為解調(diào)。光信號的調(diào)制是光發(fā)送機(jī)來完成的,解調(diào)是光接收機(jī)來完成的。光信號的幅度、頻率、相位和光強(qiáng)都可以被調(diào)制。對數(shù)字調(diào)制而言,前3種的調(diào)制方式與電信號的ASK,F(xiàn)SK,PSK相對應(yīng),光強(qiáng)度調(diào)制(IM)是目前光纖通信中最主要的調(diào)制方式。光強(qiáng)調(diào)度制用電信號的“1”,“0”來控制光源的開和關(guān),因而也被稱為開關(guān)鍵控制OOK(On-Off-Key)方式,它既可以直接對光源進(jìn)行調(diào)制,也可以采用外調(diào)制器。直接調(diào)制方便,價格低廉;外調(diào)制技術(shù)復(fù)雜,價格高,但性能優(yōu)越。
          2)光電檢測器
          光電檢測器是光纖通信系統(tǒng)的一個核心器件,主要完成光信號到電信號的轉(zhuǎn)換功能,要求具有靈敏度高、響應(yīng)時間短、噪聲小、消耗低、可靠性高等優(yōu)點。目前能較好地滿足這些要求的是由半導(dǎo)體材料做成的光電檢測器。實際應(yīng)用的光電檢測器有兩種類型。一種是PIN光電二極管(PIN-PD);另一種是雪崩光電二極管(APD)。PIN光電二極管主要應(yīng)用于短距離、小容量的光纖通信系統(tǒng);APD主要應(yīng)用于長距離、大容量的光纖通信系統(tǒng)。
          3)光波分復(fù)用器
          光波分復(fù)用器的功能是把多個不同的光信號復(fù)合在一起,并注入到一根光纖傳輸。體特性的好壞很大程度上決定了整個系統(tǒng)的性能。根據(jù)其制造方法的不同,光波分復(fù)用器可以分為4種類型:角色散型,介質(zhì)膜干涉型,光纖耦合型和集成光波導(dǎo)型。
          4)光纖連接器
          光纖連接方法:熔接法,V型槽機(jī)械連接和彈性管連接。
          連接損耗分為內(nèi)部損耗和外部損耗,外部損耗又稱為機(jī)械對準(zhǔn)誤差或連接錯位損耗,它顧名思義是由于光纖之間的連接錯位引起的損耗。內(nèi)部損耗又稱為與光纖相關(guān)的損耗,這主要是由于光纖的波導(dǎo)特性和幾何特性的差異導(dǎo)致的損耗。連接錯位一般有以下幾種情況:軸向位移,連接間隔,傾斜位移,截面不平。
          2.2 光纖通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵參數(shù)
          1)平均發(fā)送光功率
          光發(fā)送機(jī)的平均發(fā)送光功率,是在正常條件下光發(fā)送機(jī)發(fā)送光源尾纖輸出的平均光功率。平均發(fā)送光功率指標(biāo)應(yīng)根據(jù)整個系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性、穩(wěn)定性、可維護(hù)性及光纖線路的長短等因素全面考慮,并不是越大越好。
          2)消光比
          消光比定義為全“1”碼平均發(fā)送光功率與全“0”碼平均發(fā)送光功率之比,可用式(1)表示:
          (1)
          式中:P11為全“1”碼平均發(fā)送光功率;P00為全“0”碼平均發(fā)送光功率。消光比直接影響光接收機(jī)的靈敏度,從提高接收機(jī)靈敏度的角度希望消光比盡可能大,有利于減少功率代價,但也不是越大越好。大的消光比會產(chǎn)生諸如啁啾聲功率代價增加、激光器圖案相關(guān)抖動增加等弊端。


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