应用于飞行试验的无线光通信技术的探索及展望

尹川 刘鹏 陈新华

【摘要】 本文主要针对应用于飞行试验中的无线光通信技术进行探索及未来发展展望。详细介绍机载无线光通信系统原理，对飞行试验中应用无线光通信系统的方案进行探讨，并对展望该技术在试飞测试领域发展方向。相比于传统的视距微波遥测技术，无线光通信技术以其突出的优势越来越受到研究者的重视，在飞行试验领域应予以探索。

【关键字】 飞行试验 无线光通信 遥测

随着我国航空工业的发展，各种新型号飞机的机载系统发展突飞猛进，这样对试飞测试提出了更高的要求，测试参数和种类的增多直接导致数据量的膨胀，同时也对遥测系统形成考验。传统遥测链路使用的是视距微波通信技术，可靠的数据传输速率在几到几十兆比特每秒量级。显然，传统遥测链路所能承载的数据量和数据种类很有限，随着试飞需求的增加，这将成为未来遥测方案设计的瓶颈，尤其针对高清视频等高速率信号传输，带宽不足的问题会更为突显。

为解决以上问题，本文旨在探索将无线光通信技术应用于飞行试验中。无线光通信技术以光波为载频传输信息，相比于微波技术传输容量大的多，远距离传输可达Gbps级，将会给飞行试验遥测提供极大的灵活性，并且还具有高度保密，无需频谱牌照等先天优势。

一、机载光通信技术

1.1 机载无线光通信技术应用案例

国外科学家很早之前就开始对机载光通信系统进行研究，并且做了丰富的试验。

1980年在美国新墨西哥白沙导弹靶场进行飞机与地面之间的激光通信试验，试验持续三个月，总计工作200小时，激光通信设备安装在USAF-KC-135飞机上，围绕地面站飞行，相距10～100km之间，完成了用窄光束进行激光光束捕获/跟踪，对准试验认证，实现下行1000Mbps，上行200kbps的信息传输。

1996年12月美国Thermo Trex公司在San Diego进行了飞机-地面站远距离的激光通信试验。机上的APT系统，粗跟踪万向支架水平可在±180°、垂直+10°～-90°范围内转动，信标光束散角为2mrad，信号光束散角为100urad。

1.2 机载无线光通信技术简介

机载光通信技术是以飞机为平台，进行空-地或空-天无线光通信。如图1.1为机载无线光通信系统上行通信原理框图。

地面站一般是可移动式车载光端机及处理系统，根据飞行计划在地面选取合适的区域驻扎。

信标光用来进行光端机之间的光束捕获，即粗跟踪，这项技术在大致方位（一般用全球卫星定位系统（GPS）系统引导到初始位置）扫描另一端光端机的信标光从而实现光束捕获，将接收到的光信号引导到定位探测器上进行精跟踪，最后调整收发端，使光束对准。

位置误差模块为位置探测器，可以探测出光信号光斑投射到其检测面的位置，根据既定规则得出的特定位置误差传送给计算机处理，进而控制粗跟踪系统和精跟踪系统进行方位矫正，实现光束对准。

二、飞行试验中应用无线光通信技术的探讨

2.1 飞行试验中的无线光通信技术

在飞行试验中应用无线光通信系统的基本结构如图2.1所示，采集器所采集到的全部或所有需实时监控的数据都可以和记录器输出的视频数据或总线数据合路后，经过电光调制，直接通过机载无线光通信系统光端机下发给地面站。地面站将接收到的光信号经过光电转换还原，解复用各路数据流以待后续处理分析。该系统还具有上行传输能力，可以远程控制整个试飞测试系统，实现遥控遥测能力。

因为无线光通信系统的传输速率很高，应对目前飞行试验遥测的强度绰绰有余，未来的飞机系统复杂，机载系统集成度以及交换信息量会越拉越大，再加上飞机航电系统的飞速发展，在未来飞行试验中有必要加大试飞实时监控的力度，无线光通信技术应由其发展的一席之地。

2.2 飞行试验中无线光通信技术的发展方向

飞行试验遥测系统引入无线光通信技术将有效缓解及应对未来遥测数据量的增加，后期此项技术还可以继续演进。

1）微波/无线光通信复合式遥测技术

微波与光波可分别应对不同的气候状况，若将微波技术与无线光通信技术结合使用，互为冗余，那么可靠性将极大的提高，确保遥测数据可靠下传。

2）全光无线光通信技术

本文介绍的无线光通信系统整体为电-光-电类型，这种架构为系统扩容的瓶颈。所以本系统一个演进方向为全光型无线光通信系统，光信号由光纤放大器放大后直接由光纤发射，通过光学天线的整形准直发射出去，接收端由光学天线直接将光束耦合进入光纤继续传输。这样，无线光通信即可称为真正的“虚拟光纤”，可协议透明的传输的光信号。并且波分复用技术，可以使系统容量成倍的增加，不同种类的信号可以调制到不同波长上同时传输。

三、总结

本文对无线光通信技术在飞行试验中的应用进行了初步的探索与展望。无线光通信技术以其突出的优势越来越受到研究者的重视，在很多领域已经商用，在飞行试验领域尚无应用。今后，传统的遥测技术会成为空地下行数据传输的瓶颈，无线光通信技术不乏为一种备选方案。因为无线光通信系统受天气影响非常严重，所以目前应用受到一定限制，但是随着技术的发展，我们有理由相信它的前途是光明的。