光通信技術(shù)在潛艇武器系統(tǒng)中的應(yīng)用

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(diǎn)，光纖制導(dǎo)武器由于質(zhì)量輕、體積小和費(fèi)用低，成為延長(zhǎng)并提高有線制導(dǎo)距離和武器命中概率的重要途徑。
隨著潛艇武器系統(tǒng)的發(fā)展，以及系統(tǒng)中各設(shè)備間通信內(nèi)容的增加，傳統(tǒng)的通信形式和通信介質(zhì)難以滿足要求，所以光通信以其容量大、時(shí)延短、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)受到了廣泛關(guān)注。潛艇武器通信系統(tǒng)包括系統(tǒng)中各設(shè)備間的通信以及潛艇武器系統(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，于是光纖通信技術(shù)以其自身的諸多優(yōu)勢(shì)，逐漸受到了人們的普遍關(guān)注。

1 光纖通信技術(shù)在潛艇武器系統(tǒng)中應(yīng)用是必然
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(bào)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(hào)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(hào)復(fù)用方式分類：傳送多路信號(hào)有3種復(fù)用方式，即頻分復(fù)用、時(shí)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(hào)占據(jù)不同的頻率范圍；時(shí)分復(fù)用是用抽樣的或脈沖調(diào)制方法使不同信號(hào)占據(jù)不同的時(shí)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(hào)。
按照上述的分類標(biāo)準(zhǔn)，潛艇武器系統(tǒng)屬于時(shí)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)中采用光纖通信技術(shù)有以下優(yōu)點(diǎn)：
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(zhǎng)，都不需考慮自身重力對(duì)整個(gè)通信系統(tǒng)的影響；
4)光纖物美價(jià)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(hào)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)域已得到了廣泛應(yīng)用，所以光纖通信在潛艇武器系統(tǒng)中的應(yīng)用可以在民用技術(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(shí)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(cè)器、光波分復(fù)用器、光連接器等部分組成。下面對(duì)其中的幾部分進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹：
1）光發(fā)送機(jī)和接收機(jī)
要實(shí)現(xiàn)信息傳輸，必須實(shí)現(xiàn)光調(diào)制和解調(diào)。信息信號(hào)對(duì)光源發(fā)出的光信號(hào)的調(diào)制即光調(diào)制。調(diào)制后的光信號(hào)經(jīng)過光纖傳送到光檢測(cè)器，經(jīng)過處理再恢復(fù)出原有的信息，這個(gè)過程稱為解調(diào)。光信號(hào)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(hào)的幅度、頻率、相位和光強(qiáng)都可以被調(diào)制。對(duì)數(shù)字調(diào)制而言，前3種的調(diào)制方式與電信號(hào)的ASK，F(xiàn)SK，PSK相對(duì)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(hào)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(duì)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(jià)格低廉；外調(diào)制技術(shù)復(fù)雜，價(jià)格高，但性能優(yōu)越。
2）光電檢測(cè)器
光電檢測(cè)器是光纖通信系統(tǒng)的一個(gè)核心器件，主要完成光信號(hào)到電信號(hào)的轉(zhuǎn)換功能，要求具有靈敏度高、響應(yīng)時(shí)間短、噪聲小、消耗低、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。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(cè)器。實(shí)際應(yīng)用的光電檢測(cè)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(zhǎng)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(gè)不同的光信號(hào)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(gè)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(duì)準(zhǔn)誤差或連接錯(cuò)位損耗，它顧名思義是由于光纖之間的連接錯(cuò)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(cuò)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(gè)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(zhǎng)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(jià)，但也不是越大越好。大的消光比會(huì)產(chǎn)生諸如啁啾聲功率代價(jià)增加、激光器圖案相關(guān)抖動(dòng)增加等弊端。