漆先虎 蘇 巧

(1.西安電子工程研究所 西安 710100；2.陸軍裝備部駐西安地區(qū)軍事代表局駐西安地區(qū)第六軍事代表室 西安 710100)

0 引言

隨著雷達技術的發(fā)展和應用需求，雷達回波信號逐步由視頻采樣向中頻乃至射頻采樣延伸，部分雷達中所具備的光學視頻也由早期的模擬視頻或低分辨率數字信號向高清數字視頻發(fā)展，某些雷達系統(tǒng)中甚至同時集多個波段雷達傳感器和電視、紅外傳感器于一體，導致了雷達內部、匯流環(huán)上下各分系統(tǒng)間傳輸的數據業(yè)務量高速增長。同時，越來越多的雷達內部數據傳輸由速率較低的RS232、RS422、CAN等通信方式向速率更高的以太網絡轉變，采用以太網通信來完成各種雷達數據的傳輸已成為大勢所趨[1]。目前，百兆、千兆以太網絡和傳統(tǒng)光纖“一纖一波”的方式[2]在雷達系統(tǒng)中的使用非常普遍，但依然滿足不了日益增長的大容量數據傳輸需求。大容量數據傳輸逐漸成為系統(tǒng)突出的瓶頸問題。如何在兼顧可靠性、經濟性、擴展性、工藝性等方面的同時進行科學合理的數據傳輸設計與帶寬擴容，是系統(tǒng)總體設計中必須綜合考慮的。

結合目前現有技術水平和雷達系統(tǒng)實際工程環(huán)境，本文提出了雷達數據傳輸中，采用光波分復用技術實現多通道、大容量數據的傳輸方法，利用光纖的帶寬資源，可以使一根光纖的傳輸容量比單波長傳輸增加幾倍至數十倍，為雷達總體設計、升級改造等過程提供了良好的技術途徑。

1 光波分復用技術介紹

光波分復用(Wavelength Division Multiplexing，WDM)是將兩種或多種不同波長、攜帶各種信息的光載波信號在發(fā)送端經復用器匯合在一起，并耦合到光線路的同一根光纖中進行傳輸的技術[3]，在接收端，通過解復用器分離出各種波長的光載波，再由光接收機進行處理恢復成原信號。其原理圖如圖1所示。合波、分波技術途徑主要有光柵型、干涉濾波片型、陣列光波導型和熔錐型四種基本形式，均為無源技術，因此，光波分復用技術具有天然的抗電磁干擾性能和高可靠性。

圖1 波分復用原理圖

與傳統(tǒng)的時分復用(TDM)方式相比,WDM具有速率和協(xié)議透明性,提供了在一根光纖上對不同速率和協(xié)議的透明傳輸通道,這使之更適應雷達各種回波信號、視頻信號、控制信號等的傳輸。

光波分復用按信道間隔的不同可細分為粗波分復用(CWDM)和密集波分復用(DWDM)兩種。CWDM的信道間隔較寬為20 nm，它能在1270 nm到1610 nm光譜中同時傳輸18個波長；而DWDM的信道間隔較窄，從0.2 nm到1.2 nm，可以同時傳輸40到160個波長。雖然密集波分復用設備的波長在光纖傳輸過程中是高密集成，相比粗波分復用具有更高的傳輸容量和傳輸距離，但其所使用的調制激光需要溫度調節(jié)方式的冷卻激光器，消耗更多、成本更高，據統(tǒng)計，密集波分復用器設備的系統(tǒng)通常比粗波分復用器設備系統(tǒng)貴五倍。

粗波分復用器設備充分利用其波長間隔寬、傳輸距離短的特點，只需用粗波分復用器和解復用器即可實現系統(tǒng)搭建，也無需采用較為復雜的控制技術來維護,配套設備需求少、器件成本低、對系統(tǒng)要求不高，對光纖亦無特殊要求，可靈活應用于G.652、G.653、G.655光纖，因此，使得實現起來更加容易[4]。同時，粗波分復用器設備相比密集波分復用器設備具有更小的功耗和體積，由于設備相對簡單、技術成熟，具有更高的可靠性、通用性和可維護性，在各種條件要求很高的雷達系統(tǒng)上使用具有巨大優(yōu)勢。

2 雷達系統(tǒng)光波分復用傳輸設計

2.1 系統(tǒng)架構

本文以某雷達系統(tǒng)項目為工程應用基礎進行設計和闡述。該雷達系統(tǒng)采用一體化載車形式，集各種雷達、光電設備于一體。主要采集和傳輸的大容量信號包括雷達寬帶光信號、窄帶/步進頻光信號、紅外數字視頻電信號、可見光數字視頻電信號以及千兆網絡電信號等。傳感器部分的設備分布于載車方艙上部天線座上，通過匯流環(huán)與載車方艙內終端及處理工作站計算機設備連接通信。

系統(tǒng)中，各光、電信號均需通過匯流環(huán)傳遞到車體艙內，所傳輸的信號既包括多路單向光信號，又包括多路雙向千兆網絡電信號，具有光電復合品種多、通道容量需求大的特點，主要信號傳輸需求框圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)信號傳輸需求框圖

根據主要光、電信號的傳輸容量需求，通過普通匯流環(huán)電信號傳輸已無法滿足需求，即使在匯流環(huán)內部加裝光纖旋轉連接器[5](以下簡稱光匯流環(huán))，采用傳統(tǒng)光纖“一纖一波”的傳輸方式也無法滿足大帶寬數據傳輸的實際需求。因此，本文根據系統(tǒng)實際通信帶寬需求，采用粗波分復用技術，結合單模單芯光纖匯流環(huán)實現雷達多路光、電信號的大容量數據傳輸。

2.2 系統(tǒng)設計

2.2.1 通道需求

依據系統(tǒng)框圖和需求，寬帶雷達信號采用4路光纖單向傳輸；窄帶/步進頻信號采用2路光纖單向傳輸；紅外、可見光數字視頻以及天線座上部交換機級聯(lián)接口采用千兆網絡進行傳輸，受千兆交換機級聯(lián)口千兆帶寬的限制，這幾路千兆網絡數據無法匯集到天線座交換機后再通過交換機級聯(lián)口向下級聯(lián)傳輸，因此，該4路千兆網絡電信號采取各自獨立通道的雙向傳輸策略。

通過系統(tǒng)傳輸信號及其帶寬需求的梳理，采用粗波分復用器進行傳輸應具備至少10個光波道的通道需求。

2.2.2 傳輸原理

10個光波道由波分復用器將該不同光源波長的信號進行合波，經單模單芯光纖匯流環(huán)傳輸到方艙中解波分復用器進行分波，完成各路光通道的分波。其中，6路雷達光信號采用單模光纖傳輸，從成本和通用性上設計考慮，使用的是市面通用1310 nm波長光模塊，因此，需要通過波分轉換卡將各路光信號變換為波分復用器對應的波長再進行合波與傳輸。同樣，通過千兆網絡傳輸的光學視頻信號以及千兆網絡交換機電信號亦需首先通過光電收發(fā)模塊轉換為光信號后，再經波分轉換卡進行波長變換接入波分復用器。對于主要用于信號接收的解波分復用器端，進行分波后，與波分復用器端進行對應的光電轉換和接收處理，光學視頻信號以及千兆網絡交換機光信號通過光電模塊變換為千兆網絡電信號后接入到方艙中以太網交換機，供計算機設備使用。對于經過解波分復用后不同光波波長的雷達光信號，則可直接接入到具備普通單模光模塊的計算機工作站設備接收使用。系統(tǒng)波分復用傳輸原理框圖如圖3所示。

2.2.3 粗波分復用設備組成

系統(tǒng)粗波分復用設備主要由光復用盤及配對的光解復用盤、波分轉換卡、波分光模塊、電模塊以及機箱、電源等部件組成，主要組成部件見圖3中虛線框所標注部分。

光復用盤和光解復用盤均為無源光器件，具備10路光波通道，用于將10路CWDM波長復用到一根光纖中傳輸，同時可將一根光纖中傳輸的光信號分解為10路CWDM波長。各通道中心波長為1430 nm、1450 nm、1470 nm、1490 nm、1510 nm、1530 nm、1550 nm、1570 nm、1590 nm、1610 nm。

波分光模塊和電模塊安裝在波分轉換卡中，用于實現光、電信號的收發(fā)和波長轉換。

圖3 系統(tǒng)波分復用傳輸原理框圖

波分轉換卡用于光信號的單向或雙向傳輸，結合波分光模塊和電模塊對信號完成3R(再放大，再整形，再定時)再生，將非標準波長的業(yè)務信號轉換為符合CWDM標準波長的業(yè)務信號。本系統(tǒng)中使用了2.5 G單向傳輸和1.25 G單纖雙向傳輸兩種轉換卡。其中，2.5 G單向傳輸波分轉換卡適用于2個通道的寬帶信號或窄帶/步進頻信號，1.25 G單纖雙向波分轉換卡適用于千兆網絡信號。

機箱和電源主要為波分復用各部件提供結構安裝、供電和對外接口。

2.2.4 系統(tǒng)連接關系

粗波分復用設備各通道間的正確連接是系統(tǒng)正常工作的重要保障，信號較多、關系復雜的連接關系在實際工程中極易出現錯誤。本系統(tǒng)中具備單向、雙向多種連接配置，且有源與無源部件間各個通道波長應準確對應和連接，否則容易導致鏈路不通現象。系統(tǒng)的連接示意圖如圖4所示。

3 測試

雷達粗波分復用設備測試主要進行各鏈路的通斷測試和通道速率測試。

圖4 系統(tǒng)連接示意圖

各鏈路的通斷測試主要檢測10個通道的輸入輸出是否通暢并正確對應，檢測方法是在波分復用器和解波分復用器兩端各連接一臺具備千兆網卡電腦，兩臺電腦間通過執(zhí)行網絡Ping命令來檢查通道的連接狀態(tài)。其中，波分復用設備上的4路電口由千兆網線與測試電腦連接，其它光接口由于均為至上而下單向傳輸，則通過光纖跳線轉接兩個光波通道，形成一對收發(fā)通道，并通過光纖收發(fā)器后與測試電腦連接，光通道測試連接原理框圖如圖5所示。

圖5 光通道測試連接原理框圖

通道速率測試在上述光接口、電接口連接基礎上，采用IxChariot測試軟件對每個通道速率分別進行測試。經過測試，每個通道傳輸穩(wěn)定，平均速率均達到900Mbps以上，如圖6所示，基本接近各通道千兆的帶寬容量，滿足系統(tǒng)的設計要求。

圖6 通道測試截圖

4 結束語

雷達系統(tǒng)采用波分復用技術及相關設備，很好解決了大容量數據的傳輸瓶頸問題，具有成本低、集成易、可靠性高、抗擾性強、傳輸容量大、信號適應廣、擴展性能好等特點，是當前雷達系統(tǒng)擴容升級、新研雷達系統(tǒng)大容量數字化傳輸設計的良好手段，必要情況下還可使用密集波分復用技術實現更大容量的數據傳輸，在未來雷達系統(tǒng)中的實用前景非常廣泛。