В условиях информационной войны система военной связи является нервным центром управления и передачи разведданных. В качестве среды передачи специальные оптоволоконные кабели играют жизненно важную роль в обеспечении стабильности связи и повышении скорости связи. Учитывая особые потребности будущих полей сражений, изучение инновационного применения специальных волоконно-оптических кабелей имеет большое стратегическое значение.

Технические характеристики специальных волоконно-оптических кабелей

Специальные оптоволоконные кабели должны адаптироваться к сложным условиям будущих полей сражений и обладать такими характеристиками, как устойчивость к электромагнитным помехам, устойчивость к высоким и низким температурам и устойчивость к коррозии. Его уникальная конструкция поддерживает высокоскоростную передачу данных и предлагает значительные преимущества в конфиденциальности, неуязвимости и надежности. Технические характеристики специальных волоконно-оптических кабелей военного уровня будут подробно представлены ниже:

1. Высокая скорость передачи: военные полевые оптические кабели состоят из нескольких параллельно соединенных оптических волокон. В настоящее время используются два типа оптических волокон. Один из них — многомодовые оптические волокна OM3 и OM4 на короткие расстояния, которые в основном используются для сверхскоростной передачи на короткие расстояния; другой — G652D, G654E, G657A2 и другие одномодовые оптические волокна для передачи на сверхдальние расстояния. Общая дальность передачи находится на уровне километра, а самая длинная передача на сверхдальние расстояния составляет десятки и сотни километров. Кроме того, потеря сигнала невелика во время процесса передачи на сверхдальние расстояния, что может обеспечить стабильную передачу на сверхдальние расстояния, а значение потерь при передаче оптического волокна G654E может составлять всего 0,165-0,175 дБ/км.

2. Низкие потери на отражение: в основном используются оптические кабели для соединения обоих концов и установки оптических модулей, что позволяет эффективно избегать отражения оптических сигналов, уменьшать потери и улучшать качество связи.

3. Сильная способность противостоять электромагнитным помехам: кварцевый материал, используемый в самом оптическом волокне, не подвержен влиянию электромагнитных помех. Когда противник создает электромагнитные помехи, оптический кабель связи может обеспечить стабильность качества связи. Эта функция очень важна для военной связи в военное время и позволяет эффективно избежать помех электромагнитного сигнала.

4. Устойчивость к суровым условиям окружающей среды. Что касается специальных оптических волокон, то в новейших новых оптических волокнах к покрытию оптического волокна добавлены устойчивые к высоким температурам молекулярные материалы, а во внешней структуре также используются силикон или фторсодержащие материалы. Фторсодержащие материалы обладают высокой прочностью и устойчивостью к воздействию окружающей среды, а также имеют очевидные преимущества в огнестойкости и устойчивости к изгибу. Они могут полностью соответствовать использованию в сложных условиях и сохранять производительность в экстремальных условиях. Они также обладают превосходной коррозионной стойкостью и подходят для различных условий боя.

5. Легкая конструкция: по сравнению с традиционными медными кабелями оптоволоконные кабели легче. В то же время при проектировании мы также полностью учитываем принцип миниатюризации, делая размер продукта как можно меньшим, чтобы облегчить быстрое развертывание и мобильные операции.

6. Различные области применения датчиков. В области датчиков также широко используются специальные оптические волокна, такие как ультрасовременное оптическое волокно типа Panda, сохраняющее поляризацию, вращающееся оптическое волокно, волоконная брэгговская решетка и т. д., которые используются для высоких - прецизионные сенсорные измерения.

7. Конфиденциальность и безопасность. Волоконно-оптическая связь обладает естественной конфиденциальностью, ее трудно перехватить или подвергнуть сильным электромагнитным помехам, что имеет решающее значение для безопасности военной связи.

Анализ требований к системам связи на будущих полях сражений

Обстановка поля боя в будущем станет более сложной и изменчивой, а требования к системам связи станут более жесткими и разнообразными. Ниже приводится анализ некоторых ключевых требований к системам связи на поле боя будущего:

1. Высокая пропускная способность и высокоскоростная передача:

С популяризацией датчиков, дронов и интеллектуальных систем вооружения объем данных на поле боя растет в геометрической прогрессии. Будущие системы связи должны быть способны обеспечивать высокую пропускную способность и высокую скорость передачи данных для поддержки потокового видео в реальном времени, анализа больших данных и работы алгоритмов искусственного интеллекта.

2. Защита от помех и безопасность:

В агрессивной среде система связи должна иметь надежную защиту от помех и технологию шифрования для обеспечения конфиденциальности и целостности информации. Квантовая связь, благодаря своим теоретически нерушимым характеристикам, может стать ключевой технологией для обеспечения информационной безопасности.

3. Устойчивость и гибкость сети:

Будущие системы связи должны обладать высокой степенью устойчивости и способностью к самовосстановлению, чтобы поддерживать связь даже при повреждении части сети. При этом система должна гибко адаптироваться к постоянно меняющейся обстановке поля боя и иметь возможность быстро развертывать и реконструировать сетевую архитектуру.

4. Междоменное взаимодействие и функциональная совместимость:

Бесперебойная связь между различными платформами (наземными, морскими, воздушными, космическими и киберпространствами) является основой будущих совместных операций. Система связи должна поддерживать междоменное соединение и обеспечивать взаимодействие между различными службами и союзниками.

5. Низкая задержка и производительность в реальном времени:

Принятие решений в режиме реального времени, а также командование и контроль требуют, чтобы система связи могла обеспечивать чрезвычайно низкую задержку для обеспечения немедленной передачи и выполнения команд.

6. Миниатюризация и портативность:

Оборудование связи, которое носит солдат, должно быть легким, прочным и простым в эксплуатации, обеспечивая при этом достаточную дальность и качество связи.

7. Энергоэффективность и автономность:

Системы связи должны снизить зависимость от традиционных источников энергии, внедрить энергосберегающие технологии и возобновляемые источники энергии, а также повысить срок службы оборудования, особенно в удаленных или изолированных условиях боевых действий.

8. Интеллект и автоматизация:

Используйте технологии искусственного интеллекта и машинного обучения, чтобы оптимизировать распределение сетевых ресурсов, автоматически обнаруживать и устранять неисправности, а также снижать зависимость от ручного вмешательства.

9. Возможность мультимодальной связи:

Будущие системы связи должны интегрировать несколько методов связи, таких как спутниковая связь, наземная беспроводная связь и оптоволоконная связь, чтобы гарантировать возможность поддержания эффективных каналов связи в любой среде.

10. Адаптируйтесь к экстремальным условиям:

Будь то высокая температура, сильный холод, большая высота или сложная электромагнитная среда, система связи должна поддерживать стабильную и надежную работу.

Инновационные применения специальных волоконно-оптических кабелей

1. Оптоволоконные кабели, устойчивые к экстремальным условиям.

В качестве важной среды передачи данных оптоволоконные кабели все чаще используются в экстремальных условиях. Инновационное применение волоконно-оптических кабелей, устойчивых к экстремальным условиям окружающей среды, не только оказывает непосредственное влияние на улучшение возможностей связи, но и обеспечивает мощную техническую поддержку для развития смежных отраслей. Ниже приводится анализ инновационного применения волоконно-оптических кабелей, устойчивых к экстремальным условиям окружающей среды:

Применение в условиях экстремально низких температур:Как упоминалось выше, в условиях экстремально низких температур производительность оптического волокна серьезно ухудшается. Чтобы решить эту задачу, разработанное оптическое волокно должно сохранять превосходные оптические и механические свойства при низких температурах. Например, специальные германиевые материалы и технология покрытия используются для повышения устойчивости оптического волокна к низким температурам, а микроструктура оптического волокна оптимизируется посредством точного процесса вытяжки, чтобы уменьшить затухание сигнала, вызванное изменением температуры.

Применение в условиях высоких температур:Как упоминалось выше, технология подготовки оптических волокон, устойчивых к высоким температурам, является ключевой в этой области. Использование специального полиэстера или полиимида (ПИ) в качестве материалов покрытия позволяет оптическим волокнам работать в средах до 300°C в течение длительного времени. Кроме того, специальный процесс волочения проволоки с использованием многослойного постепенного покрытия не только улучшает устойчивость оптических волокон к высоким температурам, но также повышает их химическую стабильность и механическую прочность, обеспечивая надежные решения для высокотемпературных применений, таких как нефтегазовая и медицинская промышленность. уход.

Высокопроизводительная волоконно-оптическая технология:Для высокоскоростных приложений с высокой пропускной способностью, таких как центры обработки данных, были разработаны полностью сухие оптические кабели с большим количеством жил и малым диаметром проводов, как описано выше. В этом типе оптического кабеля используется бережливый производственный процесс, обеспечивающий высокоточный контроль толщины стенки оболочки, что эффективно улучшает скорость заполнения кабеля и качество передачи сигнала. В то же время в сочетании с технологией многожильного оптоволокна с многополосным расширением пропускная способность и скорость передачи оптических волокон дополнительно улучшаются, обеспечивая поддержку эффективной работы центров обработки данных.

Устойчивость к суровым условиям:Компания FiberHome Communications разработала оптические кабели, устойчивые к многократному изгибу, в соответствии с требованиями приложений в сложных условиях. Эти продукты используются в радиотелескопах, глубоководных исследованиях, геотермальных скважинах и других экстремальных условиях по всему миру, демонстрируя превосходную долговечность и надежность.

Технология оптоволоконных датчиков:Технология оптоволоконных датчиков может использоваться для мониторинга и анализа различных параметров в экстремальных условиях в режиме реального времени. Это имеет большое значение для геологоразведочных работ, исследований океана и т. д. Благодаря инновационным оптоволоконным покрытиям и специальной конструкции оптических волноводов можно достичь высокоточных измерений, обеспечивая при этом стабильность и долговечность датчика в экстремальных условиях.

Междоменное применение фотонных технологий:Широкое применение фотонных технологий способствовало распространению оптических волоконных и кабельных технологий на другие области. Как упоминалось выше, оптическое волокно и кабель начали показывать большой потенциал в области фотонного зондирования, фотонных вычислений, фотонного лазера и т. д. Особенно в экстремальных условиях окружающей среды применение фотонных технологий обеспечивает точную передачу и обработку данных в режиме реального времени. возможный.

Зеленая и экологически чистая технология производства:В процессе производства оптического волокна и кабеля внедрение экологически чистых и экологически чистых технологий производства также является важной инновацией. Как упоминалось выше, компания FiberHome Communications внедрила новое поколение технологии крупногабаритного вертикального OVD. Полная промышленная схема, от сырья до производства кабеля, значительно повысила конкурентоспособность продукции и снизила загрязнение окружающей среды в процессе производства.

Разработанный оптоволоконный кабель, устойчивый к экстремальным условиям окружающей среды, может нормально работать в условиях высоких температур, сильной радиации и ядерной среды, обеспечивая гарантию связи в ядерной среде, что имеет большое значение для обеспечения непрерывности командных систем военного времени.

2. Многопараметрическое чувствительное волокно.

Оптоволоконная технология многопараметрического зондирования является горячей точкой исследований в современной области волоконно-оптического зондирования. Он может контролировать несколько параметров одновременно, таких как температура, давление, вибрация и т. д., что имеет большое значение для создания более эффективных и точных систем мониторинга. Ниже приводится анализ инновационных применений многопараметрического чувствительного волокна:

(1) Технология многомеханического сварки

Объединение механизмов многократного рассеяния. Инновационная технология многопараметрического чувствительного волокна сочетает в себе механизмы многократного рассеяния оптических волокон, такие как рассеяние Рэлея, рассеяние Бриллюэна и комбинационное рассеяние. Эта технология позволяет обеспечить одновременное многопараметрическое измерение на большом расстоянии в одной системе, что значительно повышает эффективность и точность измерений.

Технология распределенного позиционирования. Используя эффект обратного рассеяния и технологию распределенного позиционирования, можно достичь полностью распределенного зондирования вдоль оптического волокна, что особенно важно при мониторинге состояния крупномасштабной инфраструктуры.

(2) Многофункциональная головка датчика с волоконной решеткой Брэгга

Синхронное многопараметрическое измерение: была разработана технология использования головки датчика с одноволоконной решеткой Брэгга для одновременного измерения температуры и деформации. Этот метод упрощает структуру системы, снижает затраты и повышает эффективность мониторинга.

Высокая точность и высокая стабильность: этот тип сенсорной головки обычно обладает высокой точностью и стабильностью и подходит для долгосрочного мониторинга состояния конструкции или в режиме реального времени.

(3) Технология одностороннего доступа

Снижение сложности системы. Разработав мультимеханическую интегрированную распределенную оптоволоконную систему датчиков с односторонним доступом, можно значительно снизить сложность и стоимость системы. Это не только облегчает монтаж и укладку, но также облегчает обслуживание и модернизацию.

Повышенная скорость обратной связи: система обеспечивает быструю обратную связь с данными благодаря оптимизированному дизайну, что имеет решающее значение для сценариев мониторинга, требующих немедленного реагирования.

(4) Повышенная адаптация к окружающей среде

Защита от электромагнитных помех: поскольку оптоволоконный датчик сам по себе не подвержен электромагнитным помехам, он хорошо работает в приложениях со сложной электромагнитной средой, таких как мониторинг электросетей.

Долгосрочная стабильность: оптоволоконные датчики обладают характеристиками длительного срока службы и коррозионной стойкости и подходят для долгосрочной стабильной работы в суровых условиях без частой замены.

(5) Крупномасштабная сенсорная сеть

Поддержка зондирования на больших расстояниях: технология многопараметрического сенсорного волокна поддерживает зондирование на больших расстояниях, что особенно важно для нефте- и газопроводов, железнодорожного транспорта и мониторинга строительных конструкций.

Низкая стоимость и простая проводка: по сравнению с традиционными электрическими датчиками оптоволоконные датчики имеют более низкую стоимость, более простую проводку и чрезвычайно низкие потери, что позволяет создавать крупномасштабные сенсорные сети.

(6) Применение уровня восприятия Интернета вещей

Расширены возможности сбора информации: в архитектуре Интернета вещей на уровне восприятия можно использовать многопараметрическое оптическое волокно для эффективного сбора информации из внешнего мира и предоставления достаточных и точных необработанных данных для анализа данных верхнего уровня.

Повышенная чувствительность и динамический диапазон: оптоволоконные датчики обладают высокой чувствительностью к изменениям окружающей среды и большим динамическим диапазоном, что обеспечивает надежную гарантию интеллектуального мониторинга и управления.

Это специальное оптоволокно объединяет функции измерения нескольких параметров, таких как напряжение, температура, вибрация и сбор данных, и может использоваться для мониторинга боевых действий в режиме реального времени. Анализируя данные, передаваемые по оптоволокну, можно оценить ситуацию на поле боя в режиме реального времени и повысить осведомленность о ситуации на поле боя.

3. Адаптивная оптическая система связи.

Адаптивная оптика (АО) — это технология, используемая для компенсации влияния атмосферной турбулентности или внутренних дефектов оптических систем на распространение световых волн. На поле боя адаптивные оптические системы связи могут принести инновационные применения во многих аспектах, в основном с упором на следующие аспекты:

(1) Лазерная связь:

Улучшение качества связи: адаптивная оптика может регулировать волновой фронт лазерного луча в режиме реального времени и компенсировать искажения, вызванные атмосферной турбулентностью, тем самым улучшая стабильность и скорость передачи данных лазерной связи на большие расстояния.

Способность противостоять помехам: точно контролируя направление и форму луча, адаптивная оптика может уменьшить воздействие фонового шума и помех противника, повышая безопасность и надежность связи.

(2) Разведка и наблюдение:

Изображение высокой четкости: адаптивную оптику можно использовать для улучшения качества оптического изображения со спутников и высотных дронов, а также для получения четких изображений целей даже в неблагоприятных погодных условиях.

Динамическое отслеживание: системы АО могут корректироваться в режиме реального времени для отслеживания движущихся целей, что очень важно для непрерывного наблюдения и ситуационной осведомленности на поле боя.

(3) Прицеливание и наведение оружия:

Точный удар: адаптивная оптика используется в системах вооружения с лазерным наведением для поддержания фокуса и стабильности лазерного луча и повышения точности удара.

Распознавание целей. В сложных условиях АО может помочь системе лазерного радара (ЛИДАР) более точно идентифицировать и различать цели.

(4) Спутниковая связь:

Связь «спутник-земля»: установите стабильную линию оптической связи между спутником и наземной станцией. Технология адаптивной оптики позволяет корректировать атмосферные возмущения и обеспечивать высокоскоростную передачу данных.

Сеть созвездия: используется для прямой оптической связи между спутниками для создания более эффективной и безопасной сети космической связи.

(5) Электронная борьба:

Бесконтактная связь: Адаптивная оптическая связь может использоваться как эффективное средство в радиоэлектронной борьбе для скрытного обмена данными благодаря высокой направленности и низкой вероятности перехвата.

(6) Интеллектуальные сети:

Самоорганизующиеся сети. Сочетание адаптивной оптики с технологией программно-определяемых сетей (SDN) позволяет создавать интеллектуальные, адаптивные сети боевой связи, которые автоматически оптимизируют использование путей и частот.

(7) Многодоменное сотрудничество:

Межплатформенная связь. Технология адаптивной оптики может обеспечить бесперебойную связь между наземными, морскими, воздушными и космическими боевыми платформами, а также расширить возможности совместной борьбы в нескольких областях.

(8) Управление беспилотной системой:

Дистанционное управление: адаптивная оптическая связь обеспечивает высокоскоростную связь с малой задержкой, которая необходима для управления дронами и другими беспилотными системами на больших расстояниях.

Адаптивная оптика имеет большой потенциал в военном применении, не только улучшая характеристики существующих систем, но и открывая новые тактико-технические возможности. По мере развития технологий роль адаптивной оптики в военной связи и на поле боя будет становиться все более заметной.

Разработка инновационных технологий будущих систем связи для нужд боевой связи

Чтобы адаптироваться к потребностям поля боя, будущие системы связи разработают ряд инновационных технологий, направленных на повышение надежности, безопасности, гибкости и эффективности связи. Ниже приведены некоторые возможные направления инноваций:

(1) Квантовая связь:

Квантовая связь использует принципы квантовой механики для передачи информации и может обеспечить безусловно безопасный канал связи для предотвращения подслушивания или подделки информации, что имеет решающее значение для военной связи.

(2) Программно-определяемые сети (SDN) и виртуализация сетевых функций (NFV):

Эти технологии делают сетевую архитектуру более гибкой и программируемой, позволяя ей быстро адаптироваться к изменениям в боевой обстановке и достигать оптимального распределения ресурсов.

(3) Технология связи 5G/6G:

Новое поколение стандартов мобильной связи обеспечит более высокие скорости передачи данных, меньшую задержку и большую плотность соединения, что важно для управления и контроля в реальном времени, управления роем дронов и интеграции устройств Интернета вещей.

(4) Периферийные вычисления:

Размещение вычислительных мощностей на границе сети снижает зависимость от центральных серверов, уменьшает задержку и увеличивает скорость обработки данных, что особенно важно в удаленных боевых условиях.

(5) Когнитивное радио:

Когнитивное радио может воспринимать и адаптироваться к окружающему спектру, автоматически выбирать лучший диапазон частот для связи и эффективно избегать помех и конфликтов спектра.

(6) Высокопроизводительная спутниковая связь:

Используя более совершенные спутниковые технологии, такие как Ka/Ku-диапазон и лазерная связь, он обеспечивает возможности связи с высокой пропускной способностью и глобальным покрытием, которые особенно подходят для морских и воздушных операций.

(7) Миниатюризация и носимые технологии:

Разработать оборудование связи меньшего размера, меньшего веса и с меньшим энергопотреблением, которое будет легче переносить и использовать отдельным солдатам, а также повысит живучесть на поле боя.

(8) Искусственный интеллект и машинное обучение:

ИИ используется для управления сетью, обнаружения угроз, обработки сигналов и адаптивной маршрутизации для повышения уровня интеллекта и возможностей автономной работы сети.

(9) Технология блокчейн:

Обеспечивает децентрализованный механизм аутентификации и передачи данных для повышения прозрачности, безопасности и защиты от несанкционированного доступа в сетях связи.

(10) Автономный ремонт сетей и самоорганизующиеся сети (СОН):

Самоорганизующиеся сети могут автоматически обнаруживать неисправности и переконфигурировать сеть, уменьшая зависимость от ручного обслуживания и повышая надежность сети.

(11) Многодоменные совместные коммуникации:

Интегрируйте спутниковые, воздушные, наземные и подводные системы связи, чтобы сформировать комплексную сеть связи, обеспечивающую бесперебойную связь во всех боевых сферах.

(12) Метаматериалы и нанотехнологии:

Разрабатывайте новые материалы и конструкции для антенн, радиочастотных компонентов и датчиков, чтобы улучшить производительность и скрытность коммуникационного оборудования.

Комплексное применение этих инновационных технологий позволит существенно повысить эффективность связи на полях сражений будущего и обеспечить мощную информационную поддержку военных операций.

Выводы

Инновационное применение специальных волоконно-оптических кабелей на полях сражений будущего значительно улучшит характеристики военной связи и обеспечит стабильность и безопасность связи в сложных условиях боя. Исследования, разработки и применение соответствующих технологий обеспечат мощную поддержку командования, контроля и передачи разведывательных данных в условиях информационной войны.

Источник: Dongguan HX Fiber Technology Co., Ltd.