光纖制導關鍵技術分析及發(fā)展趨勢研究

劉雪辰，孫國南，李旭東

1.駐西安魚雷工程軍事代表室，陜西 西安 710075

2.西安通信學院，陜西 西安 710075

1 概述

有線制導武器(導彈、魚雷等)通常采用金屬導線作為導彈、魚雷等與操控平臺之間的傳輸介質，隨著光纖技術的迅猛發(fā)展，光纖制導以其強大的技術優(yōu)勢，大有取代金屬導線的趨勢，成為各國重點研究的關鍵技術。

光纖制導是利用光纖實現制導武器與操控平臺之間信息傳輸的一種制導方式。具有以下優(yōu)點：1）能實現雙向信息傳輸，帶寬寬、傳輸量大，雙向傳輸互不干擾，與同樣屬于有線制導的金屬導線相比，光纖不會產生電磁輻射，也不會受到電磁波的干擾；2）光纖制導屬于人員參與其中的“人在回路中”制導，更有效地解決目標識別、數據修正、攻擊點選擇和再選擇等問題；3）光纖制導是一種非瞄準制導體制，垂直發(fā)射后水平飛行，發(fā)射隱蔽性好，抗干擾能力強；4）光纖制導精度不會隨距離的增加而下降，這是其它制導技術所不具備的。

2 國外光纖制導技術發(fā)展現狀

總的來說，由于光纖技術的應用，制導技術指標不斷得以突破。美國試驗表明采用光纖技術后，魚雷制導距離能夠達100km，而且魚雷的通信速率和可靠性得到了提高，且不受海水環(huán)境和艦艇電磁環(huán)境的干擾。但另一個面，這些試驗樣機真正發(fā)展到裝備部隊實際應用的不多，美國起步最早，投入最多，但是實質性的成果卻少得可憐，即使日本96式多用途導彈和以色列增程型“長釘’導彈裝備了部隊[1]，但種類也是屈指可數。這其中最主要的原因是受光纖制導技術水平的限制，特別是光纖無法達到制導所需的強度和長度，此外，光纖的纏繞與釋放技術、光纖線管環(huán)境適應性、光纖信息雙向傳輸技術都是影響其進一步發(fā)展和應用的制約因素。

3 光纖制導關鍵技術分析

3.1 制導光纖制造技術

光纖制導武器的特點是制導武器在飛行或水下航行過程中，光纖要在釋放的同時進行信息傳輸，這就要求光纖在釋放過程中具有相對穩(wěn)定的傳輸信道衰減變化，否則會出現大量傳輸誤碼，引起傳輸系統(tǒng)崩潰。理想的光纖應具有抗微彎性能好、抗拉強度高、單根長度長、損耗低、抗疲勞、存儲期長等特點。首先，光纖從線團中快速剝離時往往會產生微小的彎曲半徑，使得光纖傳輸損耗大幅增加；其次，光纖從線團中放出，必在“剝落點”處承受彎曲所引起的動態(tài)拉力峰值，這都要求光纖應有更好的抗微彎性能和更高的抗拉強度。

3.2 制導光纖纏繞與釋放技術

為保證光纖快速地、不纏結、不折斷、可靠地解開，除了合理設計線軸外，特別需要解決好光纖纏繞與釋放。光纖纏繞技術難題主要有：1）光纖表面摩擦系數較小，纏繞過程中繞層容易滑脫；2）光纖較脆，難以保證光纖走向圓滑流暢；3）光纖徑向彈性較小，因擠壓容易形變，對匝間間隙控制精度要求高；4）光纖老化會產生微小裂紋，使光纖傳輸損耗加大。為了保證順利釋放，需要滿足以下要求：1）在釋放過程中，光纖不能發(fā)生糾纏、卡夾等現象；2）光纖發(fā)生的微觀形變應當在允許范圍內，保證信息不失真；3）高速釋放能夠滿足光纖制導武器的速度要求。

3.3 光纖線團的環(huán)境適應性

光纖成分為玻璃纖維，具有很好的熱穩(wěn)定性，而光纖線團線軸和容器為了滿足安裝、沖擊和振動要求，往往選擇高強度金屬材料，造成光纖線包在大范圍的溫度變化下，與其連接的線軸或容器變形差異較大，產生分離或間隙，對放線可靠性產生重要影響。另外，這些變形會增加光纖內部的應力應變，對其貯存壽命產生重要影響。

3.4 光纖雙向傳輸技術

在光纖雙向傳輸系統(tǒng)中，光纖信道帶寬可達數GHz，而光接收機部分信道帶寬則受到動態(tài)范圍、靈敏度和信噪比等重要關聯指標的影響，為了確保一個給定信道所要求的信道容量，既可以通過增加信道帶寬減少發(fā)射功率，也可以通過減少信道帶寬增加信號發(fā)射功率來實現。在光發(fā)射機、光纖和光接收機之間可以通過提高光發(fā)射機的發(fā)射功率和降低信道帶寬來保證要求的信道容量。在滿足寬動態(tài)范圍及高靈敏度的前提下，信道帶寬的降低還有助于實現遠距離傳輸。光纖制導傳輸系統(tǒng)的下行傳輸和上行傳輸都在同一根光纖內完成，為了解決傳輸中“串音”，一般采用雙向耦合器的光域波分復用技術（WDM）來區(qū)分信息的傳遞方向，用電域的時分復用（TDM）來實現各路信息的傳遞[2]。

4 光纖制導技術發(fā)展趨勢

4.1 中近程依然是研究和應用的重點

由于光纖制造工藝以及纏繞釋放技術的限制，光纖制導武器的作用距離和飛行速度都較為有限。真正應用的光纖制導武器主要集中在10km以下，而且光纖制導導彈的最高飛行速度目前還難以超出300m/s～500m/s的范圍，所以中近程光纖制導技術是重點。

4.2 使用高性能導引頭，增強晝夜全天候作戰(zhàn)能力

高性能的導引頭有助于提高武器作戰(zhàn)效能。光纖制導將相應功能大都轉給控制站，不會對導引頭的尺寸、重量產生嚴重影響，因此可以采用紅外成像導引頭，它具有虛警率低、搜索速度快和抗干擾能力強等特點，能夠晝夜工作，可以說，采用紅外成像導引頭將是光纖制導的一個重要發(fā)展方向。

4.3 采用多種工作模式，提高作戰(zhàn)的靈活性

光纖制導一般采用“人在回路”的“發(fā)射+觀察／修正”的工作模式，優(yōu)點是能提高光纖制導導彈在非常復雜情況下的殺傷概率，缺點是容易暴露。光纖制導也可以采用自主尋的工作模式，“發(fā)射前鎖定，發(fā)射后不管’。此外，光纖制導還可以采用“發(fā)射并全程操控”模式，在確認目標后切換至“發(fā)射后不管”模式，工作模式的多樣化有助于進一步提高光纖制導武器對作戰(zhàn)環(huán)境的適應性和靈活性。

4.4 制導部件向通用化、標準化及小型化方向發(fā)展

組件的標準化、通用化可以提高武器系統(tǒng)尤其是成像系統(tǒng)、制導光纖、跟蹤與瞄準系統(tǒng)的通用性與可靠性，并降低武器的維護使用要求和成本；小型化則可以提高武器系統(tǒng)的機動能力，便于運輸。

5 結論

光纖制導技術具有精度高、抗干擾能力強、隱蔽性好、結構簡單、使用靈活等優(yōu)點，具有廣泛的潛在需求。盡管光纖制導技術的發(fā)展和應用受到了一定的挫折，但光纖制導技術從設計理念上依然具有其他制導技術所無法比擬的優(yōu)勢，關鍵技術問題一旦解決，光纖制導技術必將煥發(fā)出勃勃生機。

[1]日本武器裝備手冊.日本武器裝備手冊[S].北京：國防工業(yè)出版社.

[2]YMGM-157(EFOG-M).Jane's Strategic Weapon Systems，2002.