2.4 光通信的军事应用及发展趋势

2.4.1 光通信的军事应用

光通信为现代军事通信提供了保密性好、生存能力强的战场通信链路，且其体积小、重量轻、宽带大的特点也大大提高了军事通信的机动性和灵活性。

1．光纤通信系统在军事中的应用

概括来讲，光纤通信系统在军事中的应用可以包含3个方面，分别是光纤通信在战术通信系统中的应用、舰载光纤通信系统和机载光纤通信系统。

（1）光纤通信在战术通信系统中的应用

美国陆军战术C3I系统中的通信系统主要采用了有线通信和无线通信两种方式，光纤通信系统由于其优点突出，已在有线通信方式中起着重要作用，主要的应用形式有局域网（LAN）系统、远距离战术通信系统和短距离本地分配系统等。

表2-3给出了光缆系统与CX-11230同轴电缆系统性能的比较。从表中所列数据可以看出，在同等传输距离和传输速率的情况下，在中继器数、系统造价和重量方面光缆系统都明显优于同轴电缆系统。

（2）舰载光纤通信系统

现代舰船（如航空母舰）装备了大量的雷达、导航、传感器系统及武器指挥系统等电子设备，虽然使舰船的现代化程度越来越高，但大量电子设备不仅结构复杂、体积庞大，限制了通信系统的布置空间，而且在运行时带来的电磁干扰、射频干扰等问题，严重影响到舰船内部各系统之间的通信质量。

目前，舰载光纤通信系统已经得到了广泛而重要的应用，其中以美国的水平最为先进。图2-26所示为安装在尼米兹舰上的雷达光纤传输系统示意图。

（3）机载光纤通信系统

光纤通信技术给飞机带来的好处，最突出的是光纤系统的体积小、重量轻、宽带大和抗电磁干扰能力。机载光纤通信系统在近10年来发展迅速，以不同的具体形式在飞机的通信系统中得到重要应用。

机载航空电子系统的结构示意图如图2-27所示。它能把火控系统、通信、导航和敌我识别系统、电子对抗系统，以及飞行控制系统等综合到一起进行统一管理和综合控制，并且承担监控飞机上电源系统、发动机、燃油系统等辅助系统的任务。

2．自由空间光通信在军事中的应用

空间光通信有着保密性能好、传输速率高、安装架设快捷的优点，但同时存在着通信距离近、受天气影响大的缺点，这些特点决定了其应用范围有一定的限制。综合考虑，空间光通信在军事中的应用主要有以下几个方面。

（1）短距离无线光通信

近地大气光通信系统可以架设在边防哨楼或两个高地之间，实现边防观察警戒通信；也可以架设在海岸、岛屿或舰船上实现跨江、跨海的短距离无线通信。根据采用波长的不同，短距离无线光通信一般可以分为红外空间光通信和紫外空间光通信。

①红外光通信一般采用红外波长的激光器，是一种视距（Line Of Sight，LOS）光通信系统。通常应用在相对固定且能通视的场合，如建筑物之间、海岛与大陆之间、高地之间等。我国的边防线很长且沿海岛屿众多，驻岛部队与岸上部队进行通信是不可能架设有线线路的，这时在岛屿与海岸上分别架设固定式红外光通信系统，就可进行高速保密通信。

②紫外光通信是利用空气粒子的强散射来实现收发信机之间信息传输的一种非视距（Non-Line Of Sight，NLOS）通信系统。紫外光200～280nm波段在近地区域受太阳辐射影响小，被称为“日盲区”；同时该波段由于波长较小，空气中的悬浮粒子对其散射较强，可以在有障碍和不对准情况下实现通信，近年来在国内外受到了军事通信研究的广泛关注。

（2）卫星光通信

卫星光通信技术是一种新的卫星大容量通信技术，近年来得到了快速发展。利用光波段来进行空间卫星通信，经过多年探索已取得突破性进展。卫星光通信技术利用人造地球卫星作为中继站转发激光信号，从而实现在多个卫星之间及卫星与地面设备之间的通信。图2-28所示为卫星光通信的常用分类。

与传统的微波通信相比，星间激光通信具有以下明显优势。

①光载波频率高，因而其可用频带极宽、潜在的通信容量巨大。

②激光通信系统中所用的半导体光源功耗小、转换效率高，因而对电源要求低。同时由于光波波长短，收发天线尺寸小、重量轻，可以大幅减轻卫星重量、提高其有效载荷，降低其费效比。

③用作信息载体的激光光束发散角极小，不易被截获，因而用于军事通信具有极好的保密性。

④激光束不受射频电磁场的干扰，其抗干扰能力是毋庸置疑的，同时还可抗击高能电磁脉冲武器的攻击，提高了卫星的生存能力。

正是因为卫星激光通信具有上述优势，所以很多发达国家都在投入巨资竞相进行卫星光通信技术的研究。

美国是最早开展卫星光通信研究的国家。最主要的研究部门有美国国家航空航天局（National Aeronautics and Space Administration，NASA）和美国空军（United States Air Force，USAF），NASA的JPL实验室早在20世纪70年代就一直进行卫星激光通信的研究工作。欧洲是卫星光通信研究领域的另外一支重要研究力量，他们以欧洲航天局（European Space Agency，ESA）为核心整合了大部分主要欧洲国家的资源，先后研制了以不同星间链路为背景的一系列卫星光通信终端。日本是从20世纪80年代中期，才开始卫星光通信的研究工作，主要的研究单位是邮政省的通信研究室（CRL）、宇宙开发事业团（NASDA）和高级长途通信研究所（ATR）的光学及无线电通信研究室。

中国在20世纪90年代初才开始了卫星光通信技术研究，起步较晚，但发展速度快。在国家的大力支持下，仅用十多年时间就取得了突出的成果。截至2017年，我国已完成高轨卫星-地面间实验和高轨卫星-低轨卫星间实验，激光通信技术进入了高速卫星通信网络应用阶段。到2020年，我国的卫星光通信技术将成为卫星高速通信网络的关键手段之一，我国在卫星激光通信领域也将达到世界领先水平。

（3）蓝绿激光对潜通信

蓝绿激光对潜通信是指在海水低损耗窗口波长上的蓝绿激光，通过卫星或飞机与深水中潜行潜艇的通信，也包括水面舰只与潜艇之间的通信。一般来说，蓝绿激光对潜通信系统可分为陆基、天基和空基3种方案。

①陆基系统。陆基系统由陆上基地台发出强脉冲激光束，由空间轨道上的卫星担任反射任务，将激光束反射到所需照射的海域，实现与水下潜艇的通信，这种通信也称为反射镜卫星通信方式。

陆基系统工作时，可通过星载反射镜将激光束扩束成宽光束，实现一个大范围内的通信，也可以压缩成窄光束，以扫描方式通信。陆基系统工作灵活，通信距离远，可用于全球范围内光束所能照射到的海域，通信速率也高，不容易被敌方截获，安全、隐蔽性好。此外，由于激光器置于地面，更换与修理也很方便，电源限制小，因此对激光器的寿命和效率要求较低。

②天基系统。天基系统将大功率激光器置于卫星上完成上述通信功能，也称为激光卫星方式。地面通过电通信系统对卫星上的设备实施控制和联络，还可以借助一颗卫星与另一颗卫星的星间通信，实现让位置最佳的一颗卫星与指定海域的潜艇通信。天基方案的优点是结构简单、隐蔽性好，跟踪扫描较容易。由于大功率激光器需要放在卫星上，其体积、重量、功耗、寿命都受到更严格的限制和要求，实现难度更大一些。

③空基系统。将大功率激光器置于飞机上，当飞机飞越预定海域时，激光束以一定形状的波束扫描目标海域，完成对水下潜艇的广播式通信。例如，飞机高度为10km，以300m/s速度飞过潜艇上空，激光束在海面上扫过一条15km宽的照射带。在飞机一次飞过潜艇上空约3s的时间内，可完成40～80个汉字符号信息量的通信。这种方法实现起来较为容易，在条件成熟时，这种方法很容易升级到天基系统之中，其缺点是飞机的飞行易受敌方监视，因此潜艇隐蔽性低，有可能危及战略核潜艇的生存。