激光对潜通信原理及发展.pdf

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1、激光对潜通信原理及发展柳树要何焰蓝带有核弹头的战略核潜艇是现代化军事强国军激光光波上,经介质(水)传输到潜艇,再经潜艇接收事力量的重要组成部分。由于其具有极高的隐蔽性,端解调,还原成语音或图像信号,来完成通信。其基可以在300～400米深水中活动数月之久,带有的核本组成包括发射控制系统和接收控制系统两大部弹头足以摧毁一个国家的主要军事目标,是未来核分,原理与无线通信相似,如图1所示:战争中遭受第一次核打击之后保存的重要反击力量。发展核潜艇具有战略威慑意义,是各国军方竞相发展的重要装备。潜艇与基地的通信联系是关系到潜艇能否正常发挥作用的重要问题。对潜通信问

2、题是各潜艇强国研究的热点和重点。在水下进行通信,和陆上常规的通信相比有着明显的特点,主要原因是传播媒介的不同。现代的通信技术已经相当成熟,但是在水下实现远距离的通图1激光水下通信原理图信如果仍然采用超短波、微波等手段,将面临很大的激光调制方式将音频电信号加载到激光上一衰减问题。目前通常的潜艇通信方式是潜艇定期浮般采用直接调制和间接调制的方法。图2和图3分到天线漏出深度,将天线升出水面收报。这种方式极别是直接调制和间接调制的方案图。若发射控制系易被敌人发现,具有很大的危险性。另一种潜艇通信统中的激光器为小功率激光器,通常采用直接调制方式是利用超低频通信,在

3、这种通信方式中潜艇要的方式传输音频信号。音频电信号经过功率放大后用一根数百米的漂浮电缆,可在水下120～180米深作为激光器的电源,使激光的光强随音频信号的变度,以20节速度在航行中通信,但基地设备非常庞化而变化,从而实现调制。在接收端用光敏三极管接大,天线就长达130m左右,每分钟只能传递1比特收后进行放大就能很容易地解调出传送的音频信信息,3个字母的命令至少要15分钟,无法进行实号,再经过音响还原设备即可完成水下通信。采用直时指挥,且巨大的设备很容易受到敌人的攻击。因此接调制激光光强的调制方式简单、方便、容易实现,自潜艇出现以后,各国都在努力探讨适合

4、于潜艇通但因激光器功率小,传输距离短,不太适合远距离水信的新方法。下激光通信。为了实现远距离水下通信,一般采用大上世纪60年代激光问世以来,国内外几乎同时功率激光光源,在音频信号的调制过程中一般采用起步研究用激光进行水下观察和潜艇通信。由于激光间接调制的方法。的频率高、方向性好、传送信息量大,且不受干扰,因此被人们称为“理想的通信方式”。尤其是蓝绿激光对海水具用极佳的穿透能力,使得水下一定范围内的测距、照明、电视、军事目标探测、通信等技术成为可能,图2直接调制光强方案被称为“水下窗口”,引起了国内外的普遍重视,为水下光电探测目标和对潜通信开辟了一条新的途

5、径。美、英、法等国家先后用蓝绿激光进行了水下搜索、探测、通信、海底地貌的测绘及其他科学实验。一、激光水下通信原理激光对潜通信就是利用激光光波作为载波,并利用脉冲数字编码的方法来调制这一载波的水下通信方式。基本原理是将语音信号及图像信号调制到图3间接调制光强方案17卷5期(总101期)·19·间接调制也称麦克尔逊干涉调制,其原理是将具有适应穿透海水的波长。激光进入水中,受到水的音频电信号加到与动镜相连的压电陶瓷上,使之在作用将衰减。激光在水中传播时,受到海水的衰减很干涉仪中产生有规律的周期变动,从而获得周期变大。引起衰减的物理过程有两个:吸收和散射。吸收化

6、的干涉来实现激光的调制,改变激光器输出光信和散射的总效果使传输的激光辐射强度受到衰减。号的强弱;再经水下传输、光电探测、信号放大、输出下图给出了0.200～0.800!m波长范围内海水光谱衰监测,实现信息传输(或者采用斩波方法)。相对于直减分布。接调制来说,间接调制激光光强方法适用于远距离的水下通信,但其调制难度比较大。发射和接收天线由于激光的方向性好,在水下对潜通信中不易被敌方发现,但是同时也给发射和接收定位带来了很大的困难。激光水下通信的发射和接收天线不同于无线电通信中的辐射发射天线。激光发射天线是一个望远镜系统,用来对准接收端,并使发射光束更加准直

7、,传播距离更远,其主要作用就是压窄光原发散角,对光束进行准直和扩束;大大减少目标处激光光斑尺寸,以此提高激光的作用距离和作用效果。接收光学系统的作用是接收微弱光信号并汇聚至探测器表面,增大探测器的有图4海水体积散射系数随波长变化效接收面积。发射和接收光学系统性能的优劣直接由上图可以看出,紫外和红外波段的衰减很大,影响到通信的可靠性。光学天线系统用于激光准直在水下无法应用。1963年,S.A.Sullian及S.Q.Dimtley和汇聚,它主要有透射式望远镜和反射式望远镜两等人在研究光波在海洋中的的传播特性时,发现海类。水对0.45～0.55波段内的蓝绿光

8、的衰减比对其他光透射性望远镜既可以做发射望远镜,又可做波段的衰减要小很多,证实在