光通信技术在潜艇武器系统中的应用

光纤制导技术具有信息传输容量大、制导精度高及隐蔽性好等特点，光纤制导武器由于质量轻、体积小和费用低，成为延长并提高有线制导距离和武器命中概率的重要途径。
随着潜艇武器系统的发展，以及系统中各设备间通信内容的增加，传统的通信形式和通信介质难以满足要求，所以光通信以其容量大、时延短、可靠性高等优点受到了广泛关注。潜艇武器通信系统包括系统中各设备间的通信以及潜艇武器系统与武器之间的通信。随着技术的发展，武器的速度和航程已经远远超出了原来的范围，随之而来的是高航速、大航程带来了更多的信息通信量，基于传统金属导线的通信形式难以满足大量的信息交换的要求，于是光纤通信技术以其自身的诸多优势，逐渐受到了人们的普遍关注。

1 光纤通信技术在潜艇武器系统中应用是必然
在讲述潜艇武器系统之前首先讲一下通信系统的分类：
1)按消息的物理特性分类：根据消息的物理特征不同，通信系统可以分为电报通信系统、电话通信系统、数据通信系统和图像通信系统等。
2)按调制方式分类：根据是否采用调制，可将通信系统分为基带传输和频带(调制)传输。
3)按信号特征分类：可以分为模拟通信系统和数字通信系统。
4)按传输媒介分类：分为有线和无线两类。
5)按信号复用方式分类：传送多路信号有3种复用方式，即频分复用、时分复用和码分复用。频分复用是用频谱搬移的方法使不同信号占据不同的频率范围；时分复用是用抽样的或脉冲调制方法使不同信号占据不同的时间区间；码分复用是用一组包含相互正交的码组携带多路信号。
按照上述的分类标准，潜艇武器系统属于时分复用、有线、数字、频带传输、数据通信系统。在潜艇武器系统中采用光纤通信技术有以下优点：
1)通信容量大：采用光纤通信远远大于传统的采用金属导线的通信容量；
2)通信可靠；
3)光纤密度小，质量轻：光纤成分为二氧化硅，所以其密度小于铜导线，在海水中是零浮力或者正浮力，所以无论通信距离多长，都不需考虑自身重力对整个通信系统的影响；
4)光纤物美价廉：光纤的物理成分为二氧化硅，在自然界中含量很高，而且民用光纤已发展得很成熟，所以成本较低；
5)抗电磁干扰能力加强：众所周知，在潜艇武器系统通信中电磁干扰是一大难题，但光纤通信由于采用了光信号形式，也就自然摆脱了电磁干扰的困扰；
6)民用技术成熟，便于移植：现在光纤通信技术已经得到了广泛而深入的研究，并且在电信等领域已得到了广泛应用，所以光纤通信在潜艇武器系统中的应用可以在民用技术的基础上进行移植，缩短了研制周期和成本。

2 光纤通信系统的实现
2．1 光纤通信系统的组成
光通信系统一般由光发送部分、光接收部分、光源、光电检测器、光波分复用器、光连接器等部分组成。下面对其中的几部分进行简单介绍：
1）光发送机和接收机
要实现信息传输，必须实现光调制和解调。信息信号对光源发出的光信号的调制即光调制。调制后的光信号经过光纤传送到光检测器，经过处理再恢复出原有的信息，这个过程称为解调。光信号的调制是光发送机来完成的，解调是光接收机来完成的。光信号的幅度、频率、相位和光强都可以被调制。对数字调制而言，前3种的调制方式与电信号的ASK，FSK，PSK相对应，光强度调制(IM)是目前光纤通信中最主要的调制方式。光强调度制用电信号的“1”，“0”来控制光源的开和关，因而也被称为开关键控制OOK(On-Off-Key)方式，它既可以直接对光源进行调制，也可以采用外调制器。直接调制方便，价格低廉；外调制技术复杂，价格高，但性能优越。
2）光电检测器
光电检测器是光纤通信系统的一个核心器件，主要完成光信号到电信号的转换功能，要求具有灵敏度高、响应时间短、噪声小、消耗低、可靠性高等优点。目前能较好地满足这些要求的是由半导体材料做成的光电检测器。实际应用的光电检测器有两种类型。一种是PIN光电二极管(PIN-PD)；另一种是雪崩光电二极管(APD)。PIN光电二极管主要应用于短距离、小容量的光纤通信系统；APD主要应用于长距离、大容量的光纤通信系统。
3）光波分复用器
光波分复用器的功能是把多个不同的光信号复合在一起，并注入到一根光纤传输。体特性的好坏很大程度上决定了整个系统的性能。根据其制造方法的不同，光波分复用器可以分为4种类型：角色散型，介质膜干涉型，光纤耦合型和集成光波导型。
4）光纤连接器
光纤连接方法：熔接法，V型槽机械连接和弹性管连接。
连接损耗分为内部损耗和外部损耗，外部损耗又称为机械对准误差或连接错位损耗，它顾名思义是由于光纤之间的连接错位引起的损耗。内部损耗又称为与光纤相关的损耗，这主要是由于光纤的波导特性和几何特性的差异导致的损耗。连接错位一般有以下几种情况：轴向位移，连接间隔，倾斜位移，截面不平。
2．2 光纤通信系统中的关键参数
1)平均发送光功率
光发送机的平均发送光功率，是在正常条件下光发送机发送光源尾纤输出的平均光功率。平均发送光功率指标应根据整个系统的经济性、稳定性、可维护性及光纤线路的长短等因素全面考虑，并不是越大越好。
2)消光比
消光比定义为全“1”码平均发送光功率与全“0”码平均发送光功率之比，可用式(1)表示：
(1)
式中：P11为全“1”码平均发送光功率；P00为全“0”码平均发送光功率。消光比直接影响光接收机的灵敏度，从提高接收机灵敏度的角度希望消光比尽可能大，有利于减少功率代价，但也不是越大越好。大的消光比会产生诸如啁啾声功率代价增加、激光器图案相关抖动增加等弊端。