光纖制導技術具有信息傳輸容量大、制導精度高及隱蔽性好等特點，光纖制導武器由于質量輕、體積小和費用低，成為延長并提高有線制導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)中各設備間通信內容的增加，傳統(tǒng)的通信形式和通信介質難以滿足要求，所以光通信以其容量大、時延短、可靠性高等優(yōu)點受到了廣泛關注。潛艇武器通信系統(tǒng)包括系統(tǒng)中各設備間的通信以及潛艇武器系統(tǒng)與武器之間的通信。隨著技術的發(fā)展，武器的速度和航程已經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，于是光纖通信技術以其自身的諸多優(yōu)勢，逐漸受到了人們的普遍關注。

1 光纖通信技術在潛艇武器系統(tǒng)中應用是必然
    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)據通信系統(tǒng)和圖像通信系統(tǒng)等。
    2)按調制方式分類：根據是否采用調制，可將通信系統(tǒng)分為基帶傳輸和頻帶(調制)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)按信號復用方式分類：傳送多路信號有3種復用方式，即頻分復用、時分復用和碼分復用。頻分復用是用頻譜搬移的方法使不同信號占據不同的頻率范圍；時分復用是用抽樣的或脈沖調制方法使不同信號占據不同的時間區(qū)間；碼分復用是用一組包含相互正交的碼組攜帶多路信號。
    按照上述的分類標準，潛艇武器系統(tǒng)屬于時分復用、有線、數(shù)字、頻帶傳輸、數(shù)據通信系統(tǒng)。在潛艇武器系統(tǒng)中采用光纖通信技術有以下優(yōu)點：
    1)通信容量大：采用光纖通信遠遠大于傳統(tǒng)的采用金屬導線的通信容量；
    2)通信可靠；
    3)光纖密度小，質量輕：光纖成分為二氧化硅，所以其密度小于銅導線，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)民用技術成熟，便于移植：現(xiàn)在光纖通信技術已經得到了廣泛而深入的研究，并且在電信等領域已得到了廣泛應用，所以光纖通信在潛艇武器系統(tǒng)中的應用可以在民用技術的基礎上進行移植，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)光調制和解調。信息信號對光源發(fā)出的光信號的調制即光調制。調制后的光信號經過光纖傳送到光檢測器，經過處理再恢復出原有的信息，這個過程稱為解調。光信號的調制是光發(fā)送機來完成的，解調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制。對數(shù)字調制而言，前3種的調制方式與電信號的ASK，F(xiàn)SK，PSK相對應，光強度調制(IM)是目前光纖通信中最主要的調制方式。光強調度制用電信號的“1”，“0”來控制光源的開和關，因而也被稱為開關鍵控制OOK(On-Off-Key)方式，它既可以直接對光源進行調制，也可以采用外調制器。直接調制方便，價格低廉；外調制技術復雜，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換功能，要求具有靈敏度高、響應時間短、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體材料做成的光電檢測器。實際應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光電二極管主要應用于短距離、小容量的光纖通信系統(tǒng)；APD主要應用于長距離、大容量的光纖通信系統(tǒng)。
    3）光波分復用器
    光波分復用器的功能是把多個不同的光信號復合在一起，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。根據其制造方法的不同，光波分復用器可以分為4種類型：角色散型，介質膜干涉型，光纖耦合型和集成光波導型。
    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。
    連接損耗分為內部損耗和外部損耗，外部損耗又稱為機械對準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。內部損耗又稱為與光纖相關的損耗，這主要是由于光纖的波導特性和幾何特性的差異導致的損耗。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)送光功率指標應根據整個系統(tǒng)的經濟性、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。大的消光比會產生諸如啁啾聲功率代價增加、激光器圖案相關抖動增加等弊端。
    3)光譜特性
    對于高速光纖通信系統(tǒng)，光源的光譜特性成為制約系統(tǒng)性能的至關重要的參數(shù)指標，它影響了系統(tǒng)的色散性能，需要仔細考慮。
    4)接收機的靈敏度
    用滿足給定的誤碼率(如10-9)指標條件下可靠工作所需要的最小平均光功率pmin(mw)來表示。工程上光接收機的靈敏度常用光功率相對值來表示，單位是分貝毫瓦(dBm)。二者的推算關系為：
         (2)
    式中：Pmin單位為W，S的單位即為dBm。當入射光功率P大于Pmin時，系統(tǒng)的誤碼率BER<10-9，能可靠地工作。當入射光功率小于Pmin時，誤碼率較大，不能正常工作。可見某一光接收機能在最低的入射功率下，達到同樣的指標，該接收機靈敏度就比較高。
    5)接收機的動態(tài)范圍
    是在保證系統(tǒng)的誤碼率指標要求下，光接收機最低輸入光功率Pmin和最大允許光功率Pmax的變化范圍。這個范圍用D表示，一般在工程上用二者(用dBm描述)之差來表示。其表示了光接收機對信號的適應能力，數(shù)值越大越好。
            (3)
    之所以要求光接收機有一個動態(tài)范圍，是因為光接收機的輸入信號不是固定不變的，為了保證系統(tǒng)正常工作，光接收機必須具備適應輸入信號在一定范圍內變化的能力。低于這個動態(tài)范圍的下限(即靈敏度)，將產生過大的誤碼；高于這個動態(tài)范圍的上限，在判決時亦將造成過大的誤碼。顯然一部好的光接收機應有較寬的動態(tài)范圍。
2．3 光通信系統(tǒng)實現(xiàn)中需關注的幾個方面
    1)工作波長的確定
    長距離大容量的系統(tǒng)，則選用長波長的傳輸窗口，即1 310 nm和1 550 nm，因為這兩個波長區(qū)具有較低的損耗和色散。另外還要注意所選用的波長具有可供選擇的相對器件。
    2)光纖的選擇
    光纖有單模和多模光纖，每種都有階躍的和漸變折射率的纖芯分布。對于短距離傳輸和短波長應用，可以用多模光纖。但長波長傳輸一般使用單模光纖。目前可以選用的單模光纖有G．652,G．653，G．654，G．655等。G．652對1 310 nm波段是最佳選擇，G653只適用于1 550 nm波段，對于WDM系統(tǒng)，G．655和大有效面積光纖是最合適。另外，光纖的選擇也與光源有關，LED與單模光纖的耦合率最低，所以LED一般適合于多模光纖，但近年來的1 310 nm的邊發(fā)光二極管與單模光纖的耦合取得了進展。另外，對于傳輸距離為數(shù)百米的系統(tǒng)，可以用塑料光纖配以LED。
    3)光檢測器的選擇
    選擇光檢測器需要看系統(tǒng)在滿足特定誤碼率的情況下所需的最小接收光功率，即接收機的靈敏度，此外還要考慮檢測器的可靠性、成本和復雜程度。PIN比APD結構簡單，溫度特性更穩(wěn)定，成本低廉。正常情況下，PIN的偏置電壓低于5 V。但是若要檢測極其微弱的信號，還需要靈敏度較高的APD或PIN-PET等。
    4)光源的選擇
    選擇LED還是LD，需要考慮一些系統(tǒng)參數(shù)，比如色散、誤碼率、傳輸距離和成本等。LED輸出頻譜的譜寬比LD寬得多，這樣引起的色散較大，使得LED的傳輸容量(碼速距離積)較低，限制在2 500 Mb·s-1·km以下(1 310 nm)；而LD的譜線較窄，傳輸容量可達500 Gb·s-1·km以下(1 550 nm)。典型情況下，LD耦合進光纖中的光功率比LED高出10 dB～15 dB，因此會有更大的無中繼傳輸距離。但是LD的價格比較昂貴，發(fā)送電路復雜，并需要自動功率和溫度控制電路。而LED價格便宜，線性好，對溫度不敏感，線路簡單。

3 潛艇武器系統(tǒng)中的光纖通信系統(tǒng)還需解決的關鍵技術
    1)低衰耗色散小的光纖的研制
    眾所周知，光纖傳輸系統(tǒng)一般采用1 310 nm和1 550 nm窗口作為傳輸信號。對于一般光纖1 310 nm典型值為：窗口的衰減為0．3 dB／km～0．4 dB／km，色散系數(shù)為Ops／nm-km～3．5 ps／nm-km；1 550 nm窗口的衰減為0．19 dB／km～0．25 dB／km，色散系數(shù)為15 ps／nm-km～20 ps／nm-km?？梢钥闯鏊p小的窗口，色散系數(shù)大，衰減大的窗口，色散系數(shù)小，因此研制出一種低色散、衰減小的光纖是非常必要的。
    2)提高光纖的抗形變能力
    由于武器的高速運動而引起的光纖導線的較大形變，會對信號的可靠傳輸產生較大影響，故在工程應用中需要光纖有較強的抗形變能力。
    3)提高光連接器的使用壽命，減小插入損耗
    因為潛艇裝備都具有較高的使用頻率和較長的使用壽命，這就對關鍵設備的穩(wěn)定性和可靠性提出了非常高的要求。對于光纖通信系統(tǒng)的關鍵部件——光纖連接器，要求其有較長的使用壽命和較小的插入損耗，這也是急需解決的一項關鍵技術。
    4)大動態(tài)范圍的可靠通信技術
    由于武器在水中高速運動，隨著運動速度和海洋環(huán)境的變化，有可能對信號的傳輸產生較大的影響，這就對在較大動態(tài)范圍下的信號傳輸提出了非常高的要求。
    5)快速運動中的放線技術
    利用武器運動過程中的拉力來實現(xiàn)光纖放線，可能導致光纖形變，帶來通信可靠性降低的問題。解決方法有：a)采用抗形變光纖，即對形變不敏感的光纖；b)在光纖外增加一層保護層，減少拉力對光纖形變的影響；c)改變放線方式，減小放線過程中的拉力。

4 結論
    隨著關鍵技術的逐步解決，光纖通信技術在潛艇武器系統(tǒng)中應用將成為現(xiàn)實，且優(yōu)越性將更加明顯?？梢灶A見在不久的將來，光纖通信技術在潛艇武器系統(tǒng)中將有更大的應用前景，同時由于潛艇武器系統(tǒng)采用光纖通信技術，其各方面的性能指標也將會有一個較大的提高。