光纤制导关键技术分析及发展趋势研究

刘雪辰，孙国南，李旭东

1.驻西安鱼雷工程军事代表室，陕西 西安 710075

2.西安通信学院，陕西 西安 710075

1 概述

有线制导武器(导弹、鱼雷等)通常采用金属导线作为导弹、鱼雷等与操控平台之间的传输介质，随着光纤技术的迅猛发展，光纤制导以其强大的技术优势，大有取代金属导线的趋势，成为各国重点研究的关键技术。

光纤制导是利用光纤实现制导武器与操控平台之间信息传输的一种制导方式。具有以下优点：1）能实现双向信息传输，带宽宽、传输量大，双向传输互不干扰，与同样属于有线制导的金属导线相比，光纤不会产生电磁辐射，也不会受到电磁波的干扰；2）光纤制导属于人员参与其中的“人在回路中”制导，更有效地解决目标识别、数据修正、攻击点选择和再选择等问题；3）光纤制导是一种非瞄准制导体制，垂直发射后水平飞行，发射隐蔽性好，抗干扰能力强；4）光纤制导精度不会随距离的增加而下降，这是其它制导技术所不具备的。

2 国外光纤制导技术发展现状

总的来说，由于光纤技术的应用，制导技术指标不断得以突破。美国试验表明采用光纤技术后，鱼雷制导距离能够达100km，而且鱼雷的通信速率和可靠性得到了提高，且不受海水环境和舰艇电磁环境的干扰。但另一个面，这些试验样机真正发展到装备部队实际应用的不多，美国起步最早，投入最多，但是实质性的成果却少得可怜，即使日本96式多用途导弹和以色列增程型“长钉’导弹装备了部队[1]，但种类也是屈指可数。这其中最主要的原因是受光纤制导技术水平的限制，特别是光纤无法达到制导所需的强度和长度，此外，光纤的缠绕与释放技术、光纤线管环境适应性、光纤信息双向传输技术都是影响其进一步发展和应用的制约因素。

3 光纤制导关键技术分析

3.1 制导光纤制造技术

光纤制导武器的特点是制导武器在飞行或水下航行过程中，光纤要在释放的同时进行信息传输，这就要求光纤在释放过程中具有相对稳定的传输信道衰减变化，否则会出现大量传输误码，引起传输系统崩溃。理想的光纤应具有抗微弯性能好、抗拉强度高、单根长度长、损耗低、抗疲劳、存储期长等特点。首先，光纤从线团中快速剥离时往往会产生微小的弯曲半径，使得光纤传输损耗大幅增加；其次，光纤从线团中放出，必在“剥落点”处承受弯曲所引起的动态拉力峰值，这都要求光纤应有更好的抗微弯性能和更高的抗拉强度。

3.2 制导光纤缠绕与释放技术

为保证光纤快速地、不缠结、不折断、可靠地解开，除了合理设计线轴外，特别需要解决好光纤缠绕与释放。光纤缠绕技术难题主要有：1）光纤表面摩擦系数较小，缠绕过程中绕层容易滑脱；2）光纤较脆，难以保证光纤走向圆滑流畅；3）光纤径向弹性较小，因挤压容易形变，对匝间间隙控制精度要求高；4）光纤老化会产生微小裂纹，使光纤传输损耗加大。为了保证顺利释放，需要满足以下要求：1）在释放过程中，光纤不能发生纠缠、卡夹等现象；2）光纤发生的微观形变应当在允许范围内，保证信息不失真；3）高速释放能够满足光纤制导武器的速度要求。

3.3 光纤线团的环境适应性

光纤成分为玻璃纤维，具有很好的热稳定性，而光纤线团线轴和容器为了满足安装、冲击和振动要求，往往选择高强度金属材料，造成光纤线包在大范围的温度变化下，与其连接的线轴或容器变形差异较大，产生分离或间隙，对放线可靠性产生重要影响。另外，这些变形会增加光纤内部的应力应变，对其贮存寿命产生重要影响。

3.4 光纤双向传输技术

在光纤双向传输系统中，光纤信道带宽可达数GHz，而光接收机部分信道带宽则受到动态范围、灵敏度和信噪比等重要关联指标的影响，为了确保一个给定信道所要求的信道容量，既可以通过增加信道带宽减少发射功率，也可以通过减少信道带宽增加信号发射功率来实现。在光发射机、光纤和光接收机之间可以通过提高光发射机的发射功率和降低信道带宽来保证要求的信道容量。在满足宽动态范围及高灵敏度的前提下，信道带宽的降低还有助于实现远距离传输。光纤制导传输系统的下行传输和上行传输都在同一根光纤内完成，为了解决传输中“串音”，一般采用双向耦合器的光域波分复用技术（WDM）来区分信息的传递方向，用电域的时分复用（TDM）来实现各路信息的传递[2]。

4 光纤制导技术发展趋势

4.1 中近程依然是研究和应用的重点

由于光纤制造工艺以及缠绕释放技术的限制，光纤制导武器的作用距离和飞行速度都较为有限。真正应用的光纤制导武器主要集中在10km以下，而且光纤制导导弹的最高飞行速度目前还难以超出300m/s～500m/s的范围，所以中近程光纤制导技术是重点。

4.2 使用高性能导引头，增强昼夜全天候作战能力

高性能的导引头有助于提高武器作战效能。光纤制导将相应功能大都转给控制站，不会对导引头的尺寸、重量产生严重影响，因此可以采用红外成像导引头，它具有虚警率低、搜索速度快和抗干扰能力强等特点，能够昼夜工作，可以说，采用红外成像导引头将是光纤制导的一个重要发展方向。

4.3 采用多种工作模式，提高作战的灵活性

光纤制导一般采用“人在回路”的“发射+观察／修正”的工作模式，优点是能提高光纤制导导弹在非常复杂情况下的杀伤概率，缺点是容易暴露。光纤制导也可以采用自主寻的工作模式，“发射前锁定，发射后不管’。此外，光纤制导还可以采用“发射并全程操控”模式，在确认目标后切换至“发射后不管”模式，工作模式的多样化有助于进一步提高光纤制导武器对作战环境的适应性和灵活性。

4.4 制导部件向通用化、标准化及小型化方向发展

组件的标准化、通用化可以提高武器系统尤其是成像系统、制导光纤、跟踪与瞄准系统的通用性与可靠性，并降低武器的维护使用要求和成本；小型化则可以提高武器系统的机动能力，便于运输。

5 结论

光纤制导技术具有精度高、抗干扰能力强、隐蔽性好、结构简单、使用灵活等优点，具有广泛的潜在需求。尽管光纤制导技术的发展和应用受到了一定的挫折，但光纤制导技术从设计理念上依然具有其他制导技术所无法比拟的优势，关键技术问题一旦解决，光纤制导技术必将焕发出勃勃生机。

[1]日本武器装备手册.日本武器装备手册[S].北京：国防工业出版社.

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