應用于飛行試驗的無線光通信技術的探索及展望

尹川 劉鵬 陳新華

【摘要】 本文主要針對應用于飛行試驗中的無線光通信技術進行探索及未來發(fā)展展望。詳細介紹機載無線光通信系統(tǒng)原理，對飛行試驗中應用無線光通信系統(tǒng)的方案進行探討，并對展望該技術在試飛測試領域發(fā)展方向。相比于傳統(tǒng)的視距微波遙測技術，無線光通信技術以其突出的優(yōu)勢越來越受到研究者的重視，在飛行試驗領域應予以探索。

【關鍵字】 飛行試驗 無線光通信 遙測

隨著我國航空工業(yè)的發(fā)展，各種新型號飛機的機載系統(tǒng)發(fā)展突飛猛進，這樣對試飛測試提出了更高的要求，測試參數(shù)和種類的增多直接導致數(shù)據(jù)量的膨脹，同時也對遙測系統(tǒng)形成考驗。傳統(tǒng)遙測鏈路使用的是視距微波通信技術，可靠的數(shù)據(jù)傳輸速率在幾到幾十兆比特每秒量級。顯然，傳統(tǒng)遙測鏈路所能承載的數(shù)據(jù)量和數(shù)據(jù)種類很有限，隨著試飛需求的增加，這將成為未來遙測方案設計的瓶頸，尤其針對高清視頻等高速率信號傳輸，帶寬不足的問題會更為突顯。

為解決以上問題，本文旨在探索將無線光通信技術應用于飛行試驗中。無線光通信技術以光波為載頻傳輸信息，相比于微波技術傳輸容量大的多，遠距離傳輸可達Gbps級，將會給飛行試驗遙測提供極大的靈活性，并且還具有高度保密，無需頻譜牌照等先天優(yōu)勢。

一、機載光通信技術

1.1 機載無線光通信技術應用案例

國外科學家很早之前就開始對機載光通信系統(tǒng)進行研究，并且做了豐富的試驗。

1980年在美國新墨西哥白沙導彈靶場進行飛機與地面之間的激光通信試驗，試驗持續(xù)三個月，總計工作200小時，激光通信設備安裝在USAF-KC-135飛機上，圍繞地面站飛行，相距10～100km之間，完成了用窄光束進行激光光束捕獲/跟蹤，對準試驗認證，實現(xiàn)下行1000Mbps，上行200kbps的信息傳輸。

1996年12月美國Thermo Trex公司在San Diego進行了飛機-地面站遠距離的激光通信試驗。機上的APT系統(tǒng)，粗跟蹤萬向支架水平可在±180°、垂直+10°～-90°范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動，信標光束散角為2mrad，信號光束散角為100urad。

1.2 機載無線光通信技術簡介

機載光通信技術是以飛機為平臺，進行空-地或空-天無線光通信。如圖1.1為機載無線光通信系統(tǒng)上行通信原理框圖。

地面站一般是可移動式車載光端機及處理系統(tǒng)，根據(jù)飛行計劃在地面選取合適的區(qū)域駐扎。

信標光用來進行光端機之間的光束捕獲，即粗跟蹤，這項技術在大致方位（一般用全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS）系統(tǒng)引導到初始位置）掃描另一端光端機的信標光從而實現(xiàn)光束捕獲，將接收到的光信號引導到定位探測器上進行精跟蹤，最后調(diào)整收發(fā)端，使光束對準。

位置誤差模塊為位置探測器，可以探測出光信號光斑投射到其檢測面的位置，根據(jù)既定規(guī)則得出的特定位置誤差傳送給計算機處理，進而控制粗跟蹤系統(tǒng)和精跟蹤系統(tǒng)進行方位矯正，實現(xiàn)光束對準。

二、飛行試驗中應用無線光通信技術的探討

2.1 飛行試驗中的無線光通信技術

在飛行試驗中應用無線光通信系統(tǒng)的基本結(jié)構如圖2.1所示，采集器所采集到的全部或所有需實時監(jiān)控的數(shù)據(jù)都可以和記錄器輸出的視頻數(shù)據(jù)或總線數(shù)據(jù)合路后，經(jīng)過電光調(diào)制，直接通過機載無線光通信系統(tǒng)光端機下發(fā)給地面站。地面站將接收到的光信號經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換還原，解復用各路數(shù)據(jù)流以待后續(xù)處理分析。該系統(tǒng)還具有上行傳輸能力，可以遠程控制整個試飛測試系統(tǒng)，實現(xiàn)遙控遙測能力。

因為無線光通信系統(tǒng)的傳輸速率很高，應對目前飛行試驗遙測的強度綽綽有余，未來的飛機系統(tǒng)復雜，機載系統(tǒng)集成度以及交換信息量會越拉越大，再加上飛機航電系統(tǒng)的飛速發(fā)展，在未來飛行試驗中有必要加大試飛實時監(jiān)控的力度，無線光通信技術應由其發(fā)展的一席之地。

2.2 飛行試驗中無線光通信技術的發(fā)展方向

飛行試驗遙測系統(tǒng)引入無線光通信技術將有效緩解及應對未來遙測數(shù)據(jù)量的增加，后期此項技術還可以繼續(xù)演進。

1）微波/無線光通信復合式遙測技術

微波與光波可分別應對不同的氣候狀況，若將微波技術與無線光通信技術結(jié)合使用，互為冗余，那么可靠性將極大的提高，確保遙測數(shù)據(jù)可靠下傳。

2）全光無線光通信技術

本文介紹的無線光通信系統(tǒng)整體為電-光-電類型，這種架構為系統(tǒng)擴容的瓶頸。所以本系統(tǒng)一個演進方向為全光型無線光通信系統(tǒng)，光信號由光纖放大器放大后直接由光纖發(fā)射，通過光學天線的整形準直發(fā)射出去，接收端由光學天線直接將光束耦合進入光纖繼續(xù)傳輸。這樣，無線光通信即可稱為真正的“虛擬光纖”，可協(xié)議透明的傳輸?shù)墓庑盘?。并且波分復用技術，可以使系統(tǒng)容量成倍的增加，不同種類的信號可以調(diào)制到不同波長上同時傳輸。

三、總結(jié)

本文對無線光通信技術在飛行試驗中的應用進行了初步的探索與展望。無線光通信技術以其突出的優(yōu)勢越來越受到研究者的重視，在很多領域已經(jīng)商用，在飛行試驗領域尚無應用。今后，傳統(tǒng)的遙測技術會成為空地下行數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠款i，無線光通信技術不乏為一種備選方案。因為無線光通信系統(tǒng)受天氣影響非常嚴重，所以目前應用受到一定限制，但是隨著技術的發(fā)展，我們有理由相信它的前途是光明的。