2 光纤传感技术在军工领域的应用现状
2.1应用概况
光纤传感技术在军事上应用广泛。光纤陀螺仪经过30多年的发展，已经广泛应用与民航机、无人机、导弹的定位和控制中。光纤水听器可以用于船舶军舰收集声音，探测越来越先进的潜艇。且近几年来，基于光纤传感技术的光纤网络安全警戒系统开始在边防及重点区域防卫中得到推广应用。目前，世界上发达国家使用的安全防卫系统就是基于分布式光纤传感网络系统的安全防卫技术。
2.2光纤制导
光纤制导技术在武器装备方面的应用主要是光纤制导导弹和光纤制导鱼类。
光纤制导导弹是利用光导纤维传输制导信息的一种新型战术导弹，主要用于打击地面目标或低空目标。这种导弹的头部装有微光电视摄像机或红外成象导引头，尾部有一卷光纤与发射控制装置相联。导弹飞行时光纤从尾部放出，同时导引头的摄像机将拍摄的目标图象传到发射控制装置，控制指令通过光纤传给导弹的制导系统，控制导弹命中目标。由于光纤传输的信息量大、频带宽、功耗低、自身辐射极小，所以光纤制导导弹的目标识别能力强、制导精度高、抗干扰性好。
光纤制导鱼雷主要涉及两方面技术：一是将光纤通信技术应用于鱼雷线导技术，二是鱼雷自导采用光纤换能器。鱼雷线导采用光纤通信技术，实质上是用一条宽频带的双向光纤通信线路取代现有的鱼雷线导导线回路。
光纤制导关键技术包括光纤强度与细径化、光纤拼接、绕线与放线，光纤双向传输以及导引头等。
导弹制导光缆是在导弹飞行过程中从弹上线轴放出的，它必须能经受在绕线轴的剩余张力强度下长达五年以上的储存期限，在“剥落点”经受弯曲所引起的短时间峰值张力，经受导弹飞行时间内相当高的动态拉力，因此在其全长上应有足够的抗拉强度。另外，为了增加射程，需要考虑制导光纤的细径化问题。光纤直径变细可使同样结构导弹的射程增加一倍。 光纤拼接要求制导光纤既具有最低损耗，又不损失强度。扩延到几十千米至几百千米以上长
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度而无疵痕。这是相当困难的。光纤的绕放机理和绕放机构对导弹顺利发射并满足飞行速度要求至关重要。
2.3光纤陀螺
光纤陀螺(OFG)在航天、航空、航海等诸多领域中是最具有发展前景的惯性部件。陀螺作为角位移和角速度测量的传感器，用于测量载体的姿态角和角速度。在战争中，即使卫星导航因在强电子干扰而无法获得准确信息，陀螺依然可以保证飞行器自主导航、精确制导和准确命中目标。
和其它陀螺相比，光纤陀螺具有许多优点：无机械旋转部件，不存在磨损问题，具有较长的使用寿命；零部件少，具有较强的耐冲击和抗加速运动的能力；无需超高精度光学加工和高性能气体密封，制造成本低；根据使用对象的要求，具有高、中、低不同精度的产品；具有较宽的动态范围；重量轻，体积小。目前，光纤陀螺广泛用于诸多领域，比如，机器人的控制、高速列车、大地测量、石油钻井、雷达、舰艇、导弹、飞机的导航和制导等。由于光纤陀螺具有的诸多优点，其在武器装备上的应用具有很大的发展潜力，光纤陀螺为军事领域惯性技术的发展方向。俄罗斯的的R一773被认为是与美国的AIM一120并列的第四代中距空空导弹，尽管R一773在机动性和射程上占有优势，但由于它采用传统的机械陀螺而不是光纤陀螺，使得其作战准备时间相对较长，载机在空中作战时容易陷人被动地位。目前，俄罗斯已将新近开发的光纤陀螺技术用于其最新主动雷达导引头的研制，以加快战术导弹的启动速度。
光纤陀螺在动态范围、可靠性、灵敏度等方面具有明显的优势，各国军方对光纤陀螺技术高度重视，随着光纤陀螺技术的发展，其在军事领域的应用越来越突出。主要表现在以下方面：
1、在机械化、信息化武器平台上的应用
用于坦克、潜艇、自行火炮、装甲突击车的定位、定向和导航。实现武器装备的自主式定位、定向和导航功能；用于坦克、自行火炮、武装直升机等武器系统瞄准线和射击线的稳定，保证武器在运动中进行搜索、瞄准、跟踪和射击。虽然目前这些武器装备所应用的惯性元件不全是光纤陀螺，但是不可否认的是光纤陀螺是未来应用的方向。根据美国军事专家预测，未来全部飞机、舰艇、潜艇等武器平台都将装备光纤陀螺进行导航和制导。 2、在精确制导弹药上的应用
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弹药制导是实施精确打击的重要措施，可以极大地提高弹药的命中精度。90年代初海湾战争中，美国“战斧”巡航导弹上就装备有光纤陀螺，使导弹的稳定性和命中率得到显著提高。目前，美国正在研究嵌人式惯性导航和全球定位系统(IbiS／GPs)一体化技术，即将INS和GPS作为一个整体装人导弹系统，这种一体化INS／GPS具有重量轻、体积小、抗干扰能力强的特点，在战争中，即使在强电子干扰，卫星导航无法获得准确信息的情况下，依靠惯性导航技术，依然可以保证导弹准确命中目标。 3、在测试领域中的应用
作为角速度和角位移测量的传感器，陀螺可用于角速度和角位移的测试领域，在某些测试领域可以大大改善测试效果。比如，在火炮某角度参数的测量中，一直采用经纬仪进行测量，需要在火炮的前面架设靶板，间隔一定的角度重新调整经纬仪瞄准测量，操作十分烦琐，得到的结果是分散的数据点；如果采用光纤陀螺进行测量，只需要把光纤陀螺安装在身管上，操作火炮到全射界即可，操作简洁、方便，光纤陀螺输出的结果是反映身管连续变化的一条曲线。
我国从20世纪8o年代初开始光纤陀螺的研究。国内研究光纤陀螺的单位主要有：北京航空航天大学、浙江大学、北京理工大学、北方交通大学和航天工业总公司所属的803所、33所和13所。目前国内光纤陀螺的研制水平已经接近惯性导航系统中低精度要求的水平，光纤陀螺在工程上已经得到一定程度的应用，但是我国光纤陀螺在关键技术及实用化上与国外先进水平相比，差距还是比较大的。
从长期来看，随着技术的不断进步和完善，光纤陀螺将在精度、类型和大小等方面覆盖武器装备的各个应用领域，与挠性陀螺标准惯性测量组件甚至是激光。陀螺标准组件在外形、功能和适用性三方面都是可以互换的光纤陀螺惯性测量组件必将出现。当前除了美国和北约一些国家的空军中的绝大部分主战飞机装备了以激光陀螺为核心的第二代标准惯导仪外，其它大多数国家的航空武器系统中用于惯性测量的陀螺基本上都是传统的机电陀螺，即使新型战机使用的也只是挠性陀螺。从抗过载能力考虑，光纤陀螺要大大优于挠性陀螺，无论从成本、快速性，还是抗过载能力考虑，光纤陀螺仪应该是发展及应用的方向，届时极有可能出现一个用光纤陀螺惯性测量单元来改装现役以及应用到新式武器装备的局面。 我们可以相信随着光纤陀螺技术的发展，加上进一步合理地应用集成电路、集成光路等技术，进一步减小体积、重量和降低成本，简化组装工艺，提高可靠性、稳定性和耐用性， 光纤陀螺还可广泛用于强振动和高冲击等民用运载车辆和钻井平台。可以预见，不久的将来，
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光纤陀螺在各国武器装备上必将得到大量应用，在提高武器装备的战斗力方面，光纤陀螺将发挥巨大作用。
2.4光纤智能结构[5,1]
智能结构， 就是将传感和驱动元件紧密融合在材料或结构中， 同时也将控制、逻辑、信号放大及处理等电路集成于结构中， 通过外界的激励与控制，使其除具有承受载荷的能力外，还具有识别、分析、处理及控制等多种功能，从而使结构本身能按智能的方式进行自诊断、自适应、自学习， 并在其受到损伤时具有自修复、自增值、自衰减等的能力。9 0年代初，美国军方看到了智能结构的价值， 提出了一些计划项目以开发智能材料和智能结构， 并证明系统的可行性。主要目标集中于航空航天结构上，用于飞机、直升飞机和潜艇的项目。应用的目标包括空气动力学和流体力学的流量控制、振动和噪声抑制、升力表面的最优化及飞行表面的控制等。例如， 智能机翼(SmartWing)计划的目标是用于控制机翼的扭转和曲面。其中就使用了光纤压力计、光纤应变仪和压电致动器。美国海军研究实验室正在进行监测救生筏复合物外壳的研究。NASA打算选择光纤传感器用于x一33，要重新使用空间飞船以减轻飞船的重量， 并用埋置光纤布拉格光栅传感器的光纤智能结构技术来监测其内部氢燃料罐的健康 。美国已将基于光纤传感器的智能结构技术在F—18，F一22，JSF等战斗机、X一33航天飞机、DALTAII火箭上进行了初步应用研究。欧洲在联合研制的Eurofight2000新型战斗机上亦采用了基于光纤传感器的结构腱康监测技术。
2.5光纤水听器
光纤水听器是利用光纤的传光特性以及它与周围环境相互作用产生的种种调制效应。在海洋中侦听声场信号的仪器。它与传统的压电水听器相比，具有极高的灵敏度(高出3个数量级)、足够大的动态范围、本质的抗电磁干扰能力、无阻抗匹配要求、系统湿端质量轻和结构的任意性等优势。因此足以应付来自潜艇静噪技术不断提高的挑战，适应了各发达国家反潜战略的要求， 被视为国防技术重点开发项目之一。
光纤水听器所探测的信号源为水下目标发出或反射的声波。水声波牵动水粒子位移引起的水密度变化产生水声波压变化。水声波压对光纤水听器产生调制,形成水听器的探测信号。
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光纤水听器所采用的调制类型主要有光强调制、偏振调制和相位调制。由于相位调制具有灵敏度高、易于实现全光纤化等一系列优点,基于相位调制的干涉型水听器成为当前光纤水听器研究开发的主导型。近年来随着光纤光栅技术的迅速发展,光纤光栅水听器及光纤光栅水听器的研究也取得进展,如光纤布喇隔光栅激光水听器等。光强调制型光纤水听器研究开发比较早,主要有微弯光纤水听器、多模耦合波导光纤水听器、受抑内反射(FTIR)光纤水听器、 光栅光纤水听器等。其中微弯光纤水听器的检测阈值已达到60dB(相对于1μPa)。相位调制型光纤水听器属于功能型调制,其基本原理是将传感光纤置于待测水体中,当受到水声波扰动时,传感光纤受水声压作用导致光纤长度、直径和折射率发生变化而产生光波相位变化,测量传感光纤中光波相位的变化即可知相应的水声压。因为光纤干涉仪是光纤水听器中测量相位差的必需手段,通常将相位调制型光纤水听器称为干涉型光纤水听器,相位调制型光纤水听器的解调结构也主要是指采用的光纤干涉仪的结构形式。干涉型光纤水听器是目前国内外研究最多,技术较为成熟的光纤水听器。现代光纤水听器,一般都是指这种类型的水听器。 其最大优点是灵敏度高,通常比传统压电水听器高3个量级以上；而且抗电磁干扰,容易实现全光纤化,适合组成拖曳阵列。
光纤水听器技术的研究在80年代初就引起各国的高度重视， 其在军事上的主要应用为：全光纤水听器拖曳阵列； 全光纤海底声监视系统(Ariaden计划)； 全光纤轻型潜艇和水面舰船共形水听器阵列；超低频光纤梯度水听器；海洋环境噪声及安静型潜艇噪声测量。美国对这项技术的研究尤为重视， 到1992财政年度已投入超过1亿美元的研究和开发经费。美国海军研究实验室(NRL)、海军水下装备中心(NUWC)、Gould公司海事系统分公司、Litton制导和控制公司联合开发了全光纤水听器拖曳阵列(AoTA)、潜艇和水面舰船共形水听器阵列(LW—PA)等各种不同反潜应用类型的海试系统， 经过大量海上试验，已达可以部署的状态。目前他们正在开发大规模(几百个单元)的全光纤水听器阵列系统及其相关技术。英国对水听器的研究主要由lessey国防研究分公司、海军系统分公司和马可尼水下系统有限公司承担， 开发了全光纤水听器拖曳阵列、海底声监视系统等各种不同反潜应用的海试系统， 也进行了一系列海上试验。
2.6军用机器人[5,2]
军用机器人是泛指用于军事目的的机器人系统。如用于排雷机器人及陆上扫雷坦克， 用于接触爆炸物品和处理报废化学武器的防爆机器人及防化机器人。用于战场自动化补给弹药
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