光线通信技术在军事上的应用要点.pdf

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1、光线通信技术在军事上的应用 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 指导教师：李新春 成绩： 光纤通信 电子与信息工程学院 信息与通信工程系 光线通信技术在军事上的应用 1 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迅速的发展，十七传输容量得 到了极大地提高，目前，光纤已经在很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园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

2、在。 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 要在发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，最后还原成原 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 system 2 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

3、此，自 上世纪 70 年代以来，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、抗辐射能力强，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。特别是在美国，早在80 年代中期，先后计划的光纤军事应 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。 这些项目陆续有报道取得了不同的进展。 进入 90 年代以来，光纤技术的军事应用继续受到美、欧等国军方的重视。在美国，三方 光纤技术

4、开发活动的计划项目分成五大部分：有源和无源光元件、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。在面向 光放大器光检测器 调制光源 再生 中继器 信号恢复 光线通信技术在军事上的应用 2 21 世纪的今天，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研究将全面展开并加速进行。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，在未来战争 中将处于被动挨打的局面。 2.1

5、 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“信息高速公路”概念的出现，美国就在军用信息高速公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”计划的目标是按军用“信息高速公 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

6、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。战场信息系统是支持美国陆军21 世纪作战理论的未来军用信息系统。在该系统中，光纤局域网，特别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 ）在海湾战争中发挥了重要作用，但也暴露出 不少问题。美军根据暴露出的问题和未来的作战要求，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

7、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 换机和无线电设备。 2. 美军陆军战术指挥自动化系统（IC 3 ） 美军陆军战术指挥自动化系统，常称为IC 3 系统。它的目的就是在战场态势瞬息万变 的现代战争中把情报信息获取系统、通信设备与系统、数据分析和处理系统、显示系统等 光线通信技术在军事上的应用 3 综合起来，从而构成一个统一的、高度自动化的指挥控制系统。按作战任务的性质和规模 的不同，IC 3 系统可分为战略IC 3 系统

8、和战术IC 3 系统，其中战术IC 3 系统一般是指军及以 下的单位使用的IC 3 系统，主要用于实现战场的实时控制指挥。美国战术IC 3 系统的研制 工作开始于 20 世纪 59 年代，但由于要求其机动灵活抗击毁、便于维护、工作可靠、适用 于战场环境，直到20 世纪 80 年代随着计算机、光探测、网络、光纤传输等技术的发展， 该系统才达到实用化的程度。 使用光纤代替IC 3 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 1513 1010Hz，比微波频率高 54 1010倍。 理

9、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 54 1010。若取典型 频率为 14 103Hz，则通信带宽为 12 103Hz。 （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。通常的使用水平是：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）高可靠性 光纤不受电磁干扰，能避免核爆炸可电磁脉冲引起的信号衰减和设备性能的降低，也 不易受太阳辐射的电离干扰，同时光纤自身也不向外辐射电磁能量，这为高可靠、高保密 的通信提供了

10、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 光线通信技术在军事上的应用 4 继距离很长，相同的传输距离可使中继器个数减少80%。所以，光纤通信系统的总重量较 电缆通信减少了 67%75%。 2.1.2 光纤制导导弹系统

11、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，尾部有一卷光纤与发 射控制装置相联。导弹飞行时光纤从尾部放出，同时导引头的摄像机将拍摄的目标图像传 到发射控制装置，控制指令通过光纤传给导弹的制导系统，控制导弹命中目标由于光纤传 输的信息量大、频带宽、功耗低、自身辐射极小，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，直径 180 毫米，可从地面、舰

12、艇和飞机上发射，最大射程达20 公里；采用空心装 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、控制站和光纤三部分构成 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 diagram 1. 导弹 导弹主要是由寻的器、万象支架、惯性测量装置、控制器、光源、探测器和双向耦合 器等组成。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，实时获取目标

13、及景物成像；万象支架用于控制和稳定导弹 的飞行轴向；惯性测量装置用于测量并实时提供导弹的运动状态信息；控制器可以根据控 制站发出的指令，控制导弹的飞行状态；光源可向控制站发送光信号；探测器用于接收来 自控制站的光信号；光纤双向耦合器用于光信号的分离与合成。 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 光线通信技术在军事上的应用 5 2. 控制站 光纤制导导弹系统的控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

14、。 探测器接收的目标消息经信号处理后，最终在监视器上显示出来， 以供操作人员对导弹的飞行姿态进行调整。 3. 光纤 光纤是导弹与控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 1 的光信号。光信号经过光纤下传到控制站。控 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。操作人员根据这些信息，发出对导弹执行部件的各种控制命令，控制指令 经站内的光发送机转换成波

15、长为 2 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，从而控制导弹的飞行姿态，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，无论是控 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，节省导弹的空间，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

16、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，它必须能够经受住弯曲所 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普通光纤更 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，往往需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。光纤拼接是光纤制造的 光线通信技术在军事上的应用 6 一项关键技术。 典型的制导光纤的技术指标包括：

17、 （1）抗张强度： 1.379 103N/ 2 mm （2）不拼接长度： 10km （3）芯径：多模光纤30-50pm，单模光纤 5-6m （4）损耗：不大于 0.3dB/Km（工作波长为 1310nm 时） （5）带宽距离积： 1000MHz/km 另外，要是光纤以捣蛋的飞行速度顺利地放开，除了要合理的设计绕线轴外，更重要 的是如何缠绕光纤。光线的绕放也是一项关键技术。为降低微弯损耗，光纤的绕放过程中 要控制拉力如何分布和防止回绕。为使光线包装件在各种环境下都能保持稳定，且在高速 放线时不出现绊线等故障，缠绕是还要使用合适的粘合剂。 与其他制导（如金属线制导等）系统相比，光纤制导导弹系统有以

18、下优点： （1）有效打击距离远。由于光纤损耗极低（商用石英光纤现已达到的损耗水平是： 在 1310nm波长处的损耗为 0.35dB/km，在 1550nm波长处的损耗为 0.20dB/km，比最好的 同轴电缆的损耗还要低），通过光纤可使知道信息的传输距离更远。 （2）光纤制导是非视线指令制导，因此刻隐蔽发射，增加导弹系统的隐蔽能力，提 高射手的战场能力。 （3）可实现远程目标的图像跟踪。由于光纤传输频带极宽，导弹可通过光缆将引导 头捕获的图像信息传至控制站，实现远程目标的图像跟踪能力。 （4）抗电磁干扰。光纤不受电磁波的干扰，更适于军事用途，这是与光纤介质本质 相联系的一个重要特点，也是现代战

19、争中电子对抗条件下评价现代武器系统自身生存能力 的一个重要指标。 （5）有更强的数据保密性。由于光纤限制了信息的传播途径，使信息只能在光纤内 传递，几乎不对外发出辐射，从而大大提高了数据传输的保密性。 （6）温度稳定性好、寿命长。光纤的文都系数小，其传输特性基本不受温度的影响。 相对于其他金属线制导导弹，光纤制导导弹的服役期可以更长。 同时，光纤制导武器系统的缺点是作用距离近，在地面应用最多的只有10km20km， 光纤的抗拉强度要达到246kg/ 2 mm，但目前大多数光纤的抗拉强度只有200kg/ 2 mm；光纤 光线通信技术在军事上的应用 7 制导导弹的飞行速度最大可达300320m/s

20、，而光缆卷盘的运转速度目前只能做到 150200m/s。 2.1.3 光纤技术在雷达和微波系统的应用 由于光纤传输损耗低、频带宽等固有的优点，光纤在雷达系统的应用首先用于连接雷 达天线和雷达控制中心，从而可使两者的距离从原来的同轴电缆时的300m 以内扩大到 25km。 用光纤作为传输媒体，其频带可覆盖 X 波段 （812.4GHz） 或 Ku 波段 （12.418GHz） 。 目前 X 波段高频光纤系统已实用化，Ku 波段的宽带微波光纤线路系统也有大量报道。 光纤在微波信号处理方面的应用主要是光纤延迟信号处理。先进的高分辨率雷达要求 损耗低、时间带宽积大的延迟器件进行信号处理。传统的同轴延迟

21、线、声表面波（SAW） 延迟线、电荷耦合器（ CCD）等均不能满足要求。静磁波器件和超导延迟线虽能满足技术 要求，但离实用化尚很遥远。光纤延迟线具有损耗低（在110GHz 频段内，单位延迟时间 的损耗仅 0.40.1dB/ps），时间带宽积大（达104106），带宽宽（ 10GHz）等优点，且 动态范围大，三次渡越信号小，实现彼此跟踪的延迟线相当容易，而且能封装进一个小型 的封装盒。用于相控阵雷达信号处理的多半是多模光纤构成的延迟线。目前国外光纤延迟 线已进入成熟区。为提高相控阵雷达天线波束扫描的灵活性，减小初始功耗，以及精密控 制所需的单元相位和幅度以实现低的空间旁瓣，需要对每一天线单元提供

22、波束（相位）控 制信号、极化控制信号和幅度控制信号。采用光纤高速传输这些控制信号，相位稳定性好， 可以大幅度减少每一有源单元的电子组件量，简化系统组成，降低雷达成本，减小体积和 质量。光纤技术在相控阵雷达的应用还包括用光纤延迟线在光控相控阵来打波束形成所需 的相移。在电光相控阵发射机中采用集成光学进行波束形成，用光纤技术进行天线的灵活 遥控，利用光纤色散棱镜技术的带宽光纤实时延迟相控阵接收机等。其中，除光纤延迟线 外，光纤耦合器、波分复用 /解复用器、集成光学、偏振保持光纤、高色散光纤、光纤放大 器、光纤光栅等先进的光纤元器件技术得到了广泛的应用。 2.1.4 光纤系绳武器 美军军用机器人已于

23、1988 年开始中批量生产，年均产值达5 亿美元。黄线遥控战车 （TOV）是用一根光缆系留到基地站拖车上的高机动性多用途轮式车辆，可将各种侦查装 置、传感器及武器送到危险战区，执行诸如侦查、探雷、清除障碍和弹药补给等任务，车 速可达 3.5km/h，操作距离达 1530km。如一种由 Grumman公司研制的称为Ranger （别动 队） 的光纤系留车辆在试验中成功地击中了300m以外的装甲目标。其最高时速可达27km。 光线通信技术在军事上的应用 8 由美国海军海洋系统中心（ NOSC）和 Sandia国立研究所联合研制的遥控飞行器（AROD） 是一种用光纤系留的涵道风扇式装置，通过电视实施

24、侦查任务，AROD 的活动范围达 4000m。 使用系留光缆的气球载雷达侦察系统也得了迅速的发展，气球升空高度6006000m， 有效载荷 1002000kg，持续滞空时间 1030天，可起到类似高空预警机的功能。光纤遥控 水下深潜器（ ROV）也称水下机器人或无人潜艇，有拖曳式和系留式两种。通过装备不同 的设备可进行地形测绘、调查打捞沉船和坠海飞机、营救潜艇、反潜舰艇装置布设、探测 和排除水雷、自主布雷和水下诱饵等。鹰式电子择优诱饵是美国海军研究室开发的光纤系 留实验室开发的光纤系留无人飞行器，重量36kg，采用旋转翼，负载能力6.5kg，计划于 1997年完成最后试验。 2.1.5 在地下

25、核试验中的应用 光纤在核环境中有两大优点： （1）不受电磁脉冲等影响。 （2）暴露给强辐射等的爆炸之后，几秒钟之内就能够很快恢复。 2.1.6 在夜视装置中的应用 军事夜视已经是光纤技术运用的重要领域，夜视装置大量的运用于陆军中，它主要运 用于保护目镜、 坦克的观察系统、 潜望系统、 远距离观察管以及步枪的瞄准具等。据报道， 美军在新式的夜视装置中加进了光纤元件来增强图像的清晰度。这种光纤元件主要是光纤 熔融面板。 2.2 光纤技术在海军军事上的应用 2.2.1 舰载高速光纤网 由于现代化的舰艇装备有大量的通信、雷达、导航、传感器系统和武器指挥系统等电 子设备，加上其它电气设备，因此造成了严重

26、的电磁干扰、射频干扰等问题，为此，80 年 代初美国海军实施了开发大型新舰船用光纤区域网作为计算机数据总线的计划-AEGIS(宇 斯盾)计划。 1986年初，美国海军海洋系统司令部又在此基础上成立了SAFENET(能抗毁 的自适应光纤嵌入网 )委员会。并于 1987年成立工作组指导制定了SAFENET-I 和 SAFENE 一五两套标准。分别于 1991 年 1 月和 1992 年 1 月完成。前者是一种军用加强型IEEE802.5 令牌环网，传输速率16Mb/S，后者是基于 ANSI 3XT9.5 FDDI( 光纤分布数据接口 )令牌杯 光线通信技术在军事上的应用 9 网，传输速率 100M

27、b/s。这些系统已安装在CG-47 Aegis导弹巡洋舰、 DDG 51 级导弹驱逐 舰、乔治 华盛顿号航空母舰等舰艇上。 美国海上系统司令部和国防高级研究计划局还联合 制定了利用同步光网 (Sonet)、宽带综合业务网 (B-ISDN) 和异步传输模式 (ATM)标准，开发 高速光网 (HSON)原型的计划，由海军研究实验室(NRL) 负责开发和评价，从1991 年年中 开始为期三年。该网利用单模光纤，传输速率从155Mb/S(OC-3)到 2.4Gb/S(OC-48)。1992 年实现了 1.7Gb/S的第一阶段目标。美国小石城号航母上的雷达数据总线传输容量就达到 了 1Gb/S，并使原来

28、重量达90 吨的同轴电缆被半吨重的单模光缆所代替。 舰载光纤通信系统将向综合化、数字化、高速化、智能化的方向发展。它不但可以将 语音、数据、图像等不同的通信业务综合在一起，而且可实现信息交换、传输可控制的自 动化和智能化。 1. 高级水下作战系统（ SUBACS-Submarine Advanced Combat System ） SUBACC 是美国海军最大的舰载水下光纤通信计划项目，该项目计划在所有的洛杉肌 688级攻击型核潜艇和新型 “ 三叉戟 ” 弹道导弹潜艇中装备光纤数据总线，将传感器与火控 系统接入分布式计算机网，从而大大提高潜艇的数据处理能力，这就是所谓的AN/BSY-1。 据报

29、道，整个计划头两年的研制开发经费为6.38 亿美元，生产合同预计至少20 亿美元。 以后又在 1989 年以后生产的“海浪” SSN-21级攻击型潜艇中采用通用电气公司海战部开 发的 AN/BSY-2 综合光纤作战控制声学系统。 2. “尼米兹”级航空母舰的航舰雷达光纤传输系统 在舰船上实现雷达与作战情报中心之家的信息传输是光纤传输系统的一个典型的应 用实例。比如安装在“尼米兹”级航空母舰上的舰载雷达光纤传输系统。1987 年，美国海 军在“尼米兹”级航空母舰上建造了该系统，其目的是为了验证舰载雷达光纤传输系统的 可行性和标准。该系统是一种点到点的6 信道模拟线路，它把来自CV-3989雷达的

30、数字信 息和来自 AN/SPS-49 雷达的模拟视频信号经多模光纤（12 芯）光缆传送到 AN/SPD-25G 雷达显示装置，并将信息提供给作战情报中心。其工作原理为：光发射机输入端的信号调 节器将输入信号调整至适当的大小，然后再去调制LED 组件（波长为 840nm），LED 输 出的光束经光耦合器后耦合到多芯光缆中；在光接收机端，耦合器将多芯光缆内的光束耦 合到接收器件，在经输出信号调节器后，放大和分离这些信号。 舰载雷达光纤传输系统的光发射机、光接收机和光缆的主要性能参数如下： （1）光发射机 光线通信技术在军事上的应用 10 光源： LED；工作波长： 840nm；信噪比： 60dB；

31、输入信号形式：线性模拟；输出功 率：40w；带宽： 1kHz60Mhz。 （2）光接收机 光探测器： APD；工作波长： 830nm；信噪比： 35dB；输入信号形式：线性模拟；输 出功率： 120w；带宽： 1kHz120Mhz。 （3）光缆 类型：渐变型多模光纤；纤芯直径62.5m、包层直径 125m；光缆数：12芯；重量： 0.47kg/m；拉应力： 68kg；衰减： 4.0dB；带宽： 160MHz/km。 3. 舰载自适应光纤网络 为满足舰船在特殊环境下的通信要求，美海军开发出一种舰载光纤通信系统自适 应光纤网络 （SAFENET）。这是一种在光纤局域网基础上开发出的新一代舰船通信网

32、络系 统。所谓自适应网络，是指这种网络满足以下要求：（1）网络的标准化；（ 2）网络的传 输介质具有信息吞吐量大、等待时间短的优点，以方便今后的扩容；（3）网络能根据终 端的需要和传输距离的长短，自由选择光缆或是电缆，因此网络也必须同时适合于电缆或 是光缆；（ 4）网络要结构坚固、可重新组合、抗毁性好。 2.2.2 光纤水听器系统 光纤水听器是利用光纤技术探测水下声波的器件，它与传统的压电水听器相比，具有 极高的灵敏度、 足够大的动态范围、 本质的抗电磁干扰能力、 无阻抗匹配要求、 系统“ 湿端” 质量轻和结构的任意性等优势，因此足以应付来自潜艇静噪技术不断提高的挑战，适应了 各发达国家反潜战

33、略的要求，被视为国防技术重点开发项目之一。 光纤水听器的主要军事应用为： 全光纤水听器拖曳阵列；全光纤海底声监视系统；全 光纤轻型潜艇和水面舰船共形水听器阵列；超低频光纤梯度水听器；海洋环境噪声及安静 型潜艇噪声测量。 美国对这项技术的研究始于70 年代末，到 1992财政年度已投入超过1 亿美元的研究 和开发经费。美国海军研究实验室(NRL)、海军水下装备中心 (NUWC) 、Gould 公司海事系 统分公司、 和 Litton 制导和控制公司联合开发了全光纤水听器拖曳阵列(AOTA)、潜艇和水 面舰船共形水听器阵列 (LWPA)等各种不同反潜应用类型的海试系统，经过大量海上试验， 已达可以

34、部署的状态。目前他们正在开发大规模(几百个单元 )的全光纤水听器阵列系统及 光线通信技术在军事上的应用 11 其相关技术。近十年来，美国已对全光纤水听器及其阵列的各种应用场合都进行了试验， 试验结果很成功。英国对水听器的研究主要由Plessey国防研究分公司、海军系统分公司 和马可尼水下系统有限公司承担，开发了全光纤水听器拖曳阵列、海底声监视系统等各种 不同反潜应用的海试系统，也进行了一系列海上试验。 2.2.3 光纤制导鱼雷 与光纤制导导弹一样，光纤制导鱼雷能大大改善鱼雷的攻击性能。美国海军海洋系统 中心试验的光纤制导鱼雷，制导距离5km，速度 18 节(33km/h)，进一步的试验将达70

35、 节 130km/h)，射程则将扩大到100km。其关键是光缆及其放线技术和先进的光纤水听器，法 国也进行了成功的光纤制导鱼雷的试验，制导距离达到了20km。 2.2.4 桅杆式光电观测装置 从 80 年代开始，美、英、德等国的潜望镜制造厂商都开始研制一种不穿透潜艇耐压 船体的多功能传感器成像系统，即潜艇光电桅杆，它将用来代替传统的潜望镜，装置90 年代中、后期乃至 21 世纪初服役的新型潜艇。 英国海军于 90 年代先后建造的 4 艘“前卫” 级弹道导弹核潜艇采用的自防护组合式光电潜望镜系统，就由光电桅杆和光学潜望镜组 成，而光电桅杆的可回转多传感器头与艇内操纵控制台之间的信息则由光缆进行传

36、输。这 种桅杆式光电观测装置还被用到了装甲车辆及直升飞机上。 2.3 光纤技术在航空航天军事上的应用 2.3.1 点对点数据传输和网络应用 目前已在飞机中少量使用的点对点链路主要用于航空电子装置“ 黑盒子 ” 之间的数据传 送。 这些链路在 F/A-18、 AV-88 及黑鹰直升飞机中表现良好， 数据速率从 10Mb/s100Mb/s。 由于光纤系统价格较贵，低损耗及宽带能力不能充分利用，因此配备数量较少，只用于存 在严重电磁干扰和电磁脉冲问题的场合。随着复杂性的增加，光纤数据总线的带宽也将增 加。 如 F-22 和 RAH-66 Comanche要求 100Mb/s1Gb/s的高速光纤数据总

37、线用于通信和传 感器接口。 2.3.2 光控飞行 (Flight-by-Light) 由于电磁干扰 (EMI) 、电磁脉冲 (EMP)、高强度无线电频率 (HIRE)以及新的威协 (如直 接能量武器 )会严重威胁配备电控飞行的飞行器的飞行安全，因此人们不得不采取适当的屏 蔽措施，但这样将造成重量的增加，而光控飞行可起到一箭双雕的作用。对于战术飞机来 光线通信技术在军事上的应用 12 说，如用光控飞行替代电控飞行，重量约可节省90317kg，而且，光纤系统不仅可进行 飞行控制，还可用来控制和监测飞行器的子系统，机载光纤系统在“隐形”飞机中也很重 要，因为机内长达数公里的电缆的噪声辐射将成为辐射源

38、而易被雷达所发现，采用光纤系 统则不存在这个问题。光控飞行的研制工作始于1980 年美国陆军的 “ 先进的数字光控制系 统(ADOCS)计划，由 Boeing VertolCo.公司承担，后来安装于Sikorski UH-60A “ 黑鹰” 直升 飞机上成功地进行了演示。打算安装在各种军用直升飞机上。1985年，美国航空航天局 (NASA) 和国防部合作，开始了一项“光纤控制系统总成(FOCSI)”的计划。该计划于1993 年秋天在美国海军的F-18 战斗机上进行了开放环路飞行试验，重点是飞行控制传感器， 以 及用于总压力、静态压力、马赫数、攻击角度的传感器，以及用于一个完整的综合推进/ 飞行

39、控制系统所需的总体温度的传感器。 NASA 还准备在一项“推进管理光学接口系统(OPMIS)”计划中对光纤控制飞行进行 另一项演示。美国高级研究计划局(ARPA)和 NAS 已开始着手光控飞行计划，这项计划称 之为“光控飞行先进系统硬件技术再投资项目(FLASH) ”，由 Wright 实验室实施。 2.3.3 光纤技术在导弹及航天飞行器的应用 除了前面所述的 MX 导弹发射场用光纤链路外， 光纤可以在运载火箭的三个子系统中 替代电缆，并大大提高运载火箭的可靠性。这三个子系统是：（1）起飞倒计时 (T-O)脐带 系统；（ 2）航空电子设备互连网；（3）监控传感器。据报道，欧洲航天局(ESA)与英国 Sira 公司签订合同，要求该公司设计一种低成本、无源、且高度灵活的航天器光纤监测系 统，以解决航天器缺乏视觉数据，特别是不完全展开的问题，并打算安装在计划于1998 年底发射的 ENVISAT 宇宙飞船上，以及在标准化后装配到所有宇宙飞船上。美国 Rockwell International 公司对光纤技术在液体燃料火箭发动机的仪表和控制应用的可行性进行了研 究。应用场合包括：用于涡轮叶片温度测量的光纤高温计;燃烧过程的光纤拉曼温度传感; 涡轮泵轴承磨损的光纤挠度计测量等。