摘要：轻武器作战作为特种作战方式的一种，在现代战争中的地位越来越突出。本文阐述了轻武器实战化训练的短板和弱项，提出一种轻武器激光对抗系统，介绍了系统的主要构成和工作原理，并对激光对抗系统在轻武器实战化训练上展开研究。研究表明，采用激光对抗系统辅助训练能从强化轻武器基础训练效果、提升训练对抗意识、提高战斗员维稳处突能力及强化射击能力等几方面有效提高轻武器基础训练成绩和战术训练水平，为改进轻武器实战化训练提供了理论和技术支撑。

关键词：实战化；激光；轻武器；对抗；训练

现代战争中激光干扰及激光告警等激光对抗技术被广泛应用于对光电制导武器、光电观瞄系统及光电成像系统的对抗中心^[1-5]。激光干扰技术通常采用连续激光作为光源，通过对日标持续照射使其丧失作战能力；激光告警技术通过凝视探测手段，监测战场激光信号，获得战场激光态势信息。随着战场电磁环境日益复杂恶化，常规的无线通信系统受到敌方干扰和毁坏的可能性大大增加，为战场的应急通信和指挥带来挑战。

近年来，随着激光通信技术的成熟，激光通信的应用范围越来越广，为战场应急通信提供了新的方法。激光通信^[6-8]具有指向性好，保密性好，抗电磁干扰能力强的特点，将其应用于战场应急通信，可以有效的提高通信的抗干扰能力和通信距离。

针对当前激光对抗手段大量应用的现状，设计了一种将激光干扰系统和激光告警系统复用为应急激光通信系统的方法，可提升激光干扰系统、激光告警系统的利用率及战场应急通信系统的抗干扰能力，对该方法进行了仿真和实验验证，为拓展当前激光对抗系统的作战能力，提供了一种值得借鉴的思路。

1 激光通信调制解调原理

激光通信通过对光源的调制和解调实现信息的传输，通过对数据流中传输数据分组产生调制波形，并将调制波形加载到激光发射端，即可完成调制发射。接收端探测器将调制的激光信息转化为电信号，通过进一步的数字化处理完成对信号的解调，还原出原始数字信息。

激光通信常采用的数字调制方式^[9-11]有开关键控（00K）、脉冲位置调制（PPM）及脉冲间隔调制（PIM）等。综合考虑平均发射功率带宽、抗干扰能力及实现复杂度等多种因素，文中采用脉冲间隔调制PIM方式。

PIM调制解调方式是通过对脉冲间隔进行调制实现信息传输的调制方式，其传输中以时隙为基本的传输时间单位，每个时隙内传输状态保持不变。一个传输帧由三部分组成：起始时隙、数据时隙和保护时隙。其中，起始时隙一般为高电平，表明一帧的开始；数据时隙为要传输的数据信息，一般为一定长度的空时隙。保护时隙为空时隙，主要用于防止产生码问串扰。下面以4PIM为例说明脉冲间隔调制的调制解调方式。

数据流按照两位一组进行分组，分组后的数据可以映射成4种不同的时隙长度，假设时隙长度为T，则传输数据与传输信号的映射关系如图1所示。

图1 4PIM 调制波形图

调制后的激光信号被接收系统接收后，进人解调系统中对信号进行解码。由于PIM调制方式没有不需要同步，所以解码过程相对简单。首先通过起始时隙信号找到一帧的帧头，接着对数据时隙宽度进行判别。如果时隙宽度为2，则可知传输数据为“00”，如果时隙宽度为3，则可知传输数据为“01”，以此类推，可以获取图1中四种情况下传输的数据。此外，由于PIM方式没有结束时隙，当传输完最后一个数据后，要在数据尾部增加一个起始时隙，用以传输最后一-个数据。

2 战场应急激光通信系统的设计

2.1 系统组成及工作原理

战场应急激光通信系统包括激光发射设备、激光接收设备和激光通信控制设备三部分组成，其中激光发射设备可复用激光干扰系统光源，激光接收设备可复用激光告警设备，系统的整体结构如图2所示。

图2 战场应急通信系统整体设计

战场应急激光通信系统的核心在于激光通信控制设备，文中主要对激光通信控制设备的实现方式进行描述。激光通信控制设备通过数字方式实现通信过程的控制，通过产生4PIM调制信号控制激光发射设备发送通信信息，通过接收对方发射的4PIM调制信号接收通信信息，完成通信过程。

2.2 调制与解调软件组成

激光通信控制设备的控制主要利用FPGA实现，FPGA实现4PIM调制与解调的主要功能框图如图3所示。

图3 4PIM调制解调功能框图

图3中上方为接收解调过程，其中接收调制信号来自激光接收设备，接收调制信号经过接收调理模块对信号进行整形，使其与设备系统时钟同步。同步后的调制信号送人4PIM解调模块中解调出数据信息，最后通过接口电路I发送到上级设备。

下方为发射调制过程，其中上级设备下发的待传输信息通过接口模块2发送到缓存模块，等待调制发送。缓存模块用于待发送数据的哲存，平衡待发送数据与4PIM调制模块之间的数据率的差异。数据发送控制模块用于将待发送数据进行分组，将待发送数据以组为单位送到4PIM调制发送模块，监测4PIM调制模块发送过程，并控制数据从缓存模块读出到4PIM调制模块中，防止发送数据过快导致的数据丢失。

2.3 调制解调流程设计

4PIM调制和解调模块主要负责调制和解调的处理工作，是通信系统实现的关键模块。4PIM 调制及解调处理过程在FPCA中均使用状态机来实现，其程序设计流程图如图4所示。

图4 4PIM 调制状态机设计

如图4所示，程序首先进人监测状态，当检测到有数据需要发送时，进人起始时隙产生状态；完成起始时隙后，程序读取要传输的数据，进人数据时隙产生状态，在该状态下，程序根据要传输的数据，产生相应长度的数据时隙；接着程序会判断当前发送的数据是否为一个字节的最后两位，如果不是最后两位，则在保护时隙状态下产生一个保护时原后，程序再次进人监测状态；如果发送的数据为一个字节的最后两位，则程序进入字节结束状态，产生一个保护时隙，附加一个起始时隙，再增加一个长的空时隙，用以标记一个字节的结束。4PIM解调处理的流程图如图5所示。

图5 4PIM 解调状态机设计

如图5所示，程序首先进入信号下降沿监测状态；发现下降沿后，程序启动计时器，并监测上升沿，发现上升沿以后，程序记录计时器计时结果，并将结果送到处理状态中，同时给计时器清零；接着程序再次进入下降沿监测状态进行循环。进入数据处理状态的数据，根据计时获得的时隙长度和时隙长度与数据的映射关系，解出所传输的数据，并将数据组合成一个字节送出。

3 实验与分析

为验证战场应急通信系统调制解调方式的有效性，进行了仿真测试和实验验证。

仿真测试中，主要对4PIM调制波形的产生和数据的解调过程进行测试，测试结果如下。

图6为调制波形产生过程。其中DATA_IN为要发送的数据信息，SYS_CLK为发送时钟，即时隙时钟，PPM_OUT为调制产生的4PIM信号，可以发现对于需要发送的不同数据，程序为每个信号产生不同长度的脉冲宽度，实现对于待传输数据的调制。

图6 调制波形产生过程

图7 解调数据产生过程

图7为解调数据产生过程。其中PPM_OUT为解调模块的输人信号，CLK5K为解调模块的时隙时钟，Data2bit为解调输出的传输数据信息，通过与调制数据的对比，验证了解调方法的可行性。

接着，通过对现有装备的改造，对文中所述方法进行了实验验证。对激光干扰设备进行改造，接入自主设计的数字信号处理板作为战场应急激光通信设备模拟器，发射激光通信信号；对激光告警设备进行改造，接人自主设计的数字信号处理板作为战场应急激光通信接收模拟设备，实验布设如图8所示。

图8 战场应急激光通信实验装置

实验测试中，利用串口为测试接口，通过串口进行数据发送和接收，测试接收场景如图9所示。

图9 接收测试场景图

测试中，上级设备（发送端）每次向战场应急激光通信模拟器发送26字节数据，发送间隔为0.2s，发送波特率为115 200，由此可知1 s发送字节为130字节，发送位数为1040。接收端模拟接收设备接收激光信号，并对信号解码，并通过串口发送至上级设备(接收端)，图10为上级设备(接收端)利用串口助手对数据接收的过程。

图10 数据接收界面

通过对所接收数据进行统计，共接收字节数为5174字节，接收时间为40s，因此可得到本方法可实现的通信速率大于1kbps，而且通过多次验证，验证了该方法的有效性。

4 结论

在研究无线激光通信原理的基础上，根据当前激光对抗领域，激光干扰设备和激光告警设备的特点，采用脉冲间隔调制解调技术，实现战场应急激光通信相关技术。通过模拟仿真和构建实验装置，对激光干扰光源进行调制，发射信号，利用激光告警设备作为接收装置，接收调制信号，并解调出发送数据信息，表明了该技术在战场应急激光通信中的有效性。

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