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，光纖制導(dǎo)武器由于質(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、時延短、可靠性高等優(yōu)點受到了廣泛關(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)遠遠超出了原來的范圍，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，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)中采用光纖通信技術(shù)有以下優(yōu)點：
1)通信容量大：采用光纖通信遠遠大于傳統(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：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行簡單介紹：
1）光發(fā)送機和接收機
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)送機來完成的，解調(diào)是光接收機來完成的。光信號的幅度、頻率、相位和光強都可以被調(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)，光強度調(diào)制(IM)是目前光纖通信中最主要的調(diào)制方式。光強調(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)送機的平均發(fā)送光功率，是在正常條件下光發(fā)送機發(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)濟性、穩(wěn)定性、可維護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的靈敏度，從提高接收機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。