演示装置光纤通信论文

摘要：光纤技术实验是现代光学实验的重要组成部分，也是光纤技术课程的重要授课形式之一。我校在近两年的教学改革中，对不同阶段开设的光纤技术实验课内容和方式进行了系统优化，取得了较好的结果。本文详细分析了各阶段的实验特点，并对光纤技术实验课程的优化原则进行了分析和总结。以下是小编精心整理的《演示装置光纤通信论文(精选3篇)》的文章，希望能够很好的帮助到大家，谢谢大家对小编的支持和鼓励。

演示装置光纤通信论文 篇1：

STEM教育模式下的自组装“光纤通信”实验研究

关键词：STEM教育：自组装实验：光纤通信：探究式教学

STEM教育理念强调在教学中创设贴近生产和生活的情境，通过融入科学、技术、工程、数学等不同领域学科交叉的知识，引导学生学会融合和运用知识，提高学生解决实际问题的能力以及动手操作的实践能力。在教学中融人STEM教育，可改进传统探究性教学流于形式的模式，引导学生主动寻找现实生活中问题的解决办法，提升应用的能力，构建学生白身的知识体系，实现探究式实验教学。

利用白组装探究式实验仪来开展教学能够将不同维度的教学目标进行充分融合，落实物理核心素养，提高高中物理教学质量。因此，本文介绍白组装“光纤通信”演示仪的原理及作用，并基于工程问题开展探究式教学设计，进而阐述STEM教育理念与之相结合的具体体现。

1自组装“光纤通信”可视化实验装置介绍

1.1实验设计思想

光導纤维指使光以波导方式进行传输的纤维状光学介质材料，简称光纤。光纤通信技术是光导纤维通信的简称，指利用以光波为载频、光导纤维为传输媒介的一种通信方式。华裔物理学家高锟于1966年第一个提出用光纤进行远距离通信，成功实现利用光进行远距离通信。光纤通信的光缆连接了世界的各个角落，影响着人们生活的方方面面，随着时间的推进我国光纤通信技术取得了长足的发展和广泛的应用，在我国的通信领域占据着越来越重要的位置。同时，“光纤通信”实验也是STEM课程的内容之一。

但光纤传输的过程往往是以描述性方式进行介绍的，学生无法直接用眼睛观测到，教材中也仅仅是通过语言来简单描述光纤通信的原理。物理学是一门实验科学，是建立在物理现象、物理事实、物理过程的感知基础上，语言描述不能替代对现象和事实的直接感知，学生会觉得抽象、晦涩难懂。由阿恩海姆的视觉思维理论可知，在教学中如果充分利用可视化的工具和资源来刺激学生的大脑，调动视觉思维，加强直观教学.增加学生的感知，能使学生对知识有一个更好的理解，提高学生学习的兴趣，体现了物理教学的直观性原则。

本文基于实验教具可视化的原则，让学生白己组装和制作“光纤通信”演示仪，进行仪器的搭建组合、制作加工，增加演示实验过程的可操作性，将“看不见”的光信号传输转化为全程可视化的声音信号和图像信号，有效突破“光在光纤中如何携带信息进行传递”的教学难点，真正让学生深入理解光纤通信的实质，拉近学生与生活、科技之间的距离。

1.2光导纤维传输光束的原理

实验中激光的传导媒介为光导纤维，光导纤维由折射率较大（ni）的纤芯、折射率较小（n2）的包层和涂覆层三部分组成。当光束以一定入射角i射人光纤界面时，在介质分界面上会发生折射，当入射角i增大到某一角度i：时，折射角等于90。，折射光线消失，入射光线不再进入包层介质，发生全反射，此时的入射角：称为临界角。当i继续增大时，仍发生全反射，故光在光导纤维中沿光纤的轴向前传播，不从周围射出，达到传输光束的目的，如图1所示。

1.3“光纤通信”实验系统设计原理

“光纤通信”实验结构系统由三部分组成，分别为用于调制信号光源的发射端、传导媒介和调解信号光波的接收端。激光发射端将MP3、手机等媒体设备音频输出产生的电信号经调制后驱动LED调制电路，产生携带音频信号的红激光：传导媒介用于传导LED发射出的红激光，本实验系统采用的传导媒介为光导纤维;激光接收端是经光信号调解电路和功率放大电路将LED发出的红激光中携带的音频信号分离，还原成声音，最后经过解调后将音频信号放大，驱动扬声器产生声音，以实现声音还原，完成信号的传输。原理框图如图2所示。

1.3.1发射模块

图3为激光发射模块，Mic（驻极体话筒或音频输入接口）传人的信号经过前置放大电路经三极管Q1放大电流电压后，将声信号调制到电路中形成电信号，再经过后置放大电路经三极管Q2（S8050）放大电流驱动LED激光发送器，发出携带声电信号的激光，完成音频信号向光信号的转换过程。

1.3.2接收模块

图4为激光接收模块，为使接收模块能够将激光携带的声电信号进行解调、放大和实现较高保真性的还原，本实验接收模块采用的是光敏二极管接收管D2.用于接收激光发射器携带着声电信息的光信号，当被音频信号调制的激光照射到D2时，在其两端产生一个随音频信号变化的电信号，并通过音频放大芯片LM386，音频被放大输出信号，放大倍数的调节由芯片1、8脚之间的电容C2来实现，进而驱动扬声器发声，实现激光中携带的声音信号还原成声音的过程。

2实验系统的制作与安装调试

2.1材料准备

根据以上设计思路，为了达到实验可视化的功能，“光纤通信”演示仪所需要的材料有：手机（或MP3）、音箱、光导纤维、激光发射模块、激光接收模块、9V电池、音频数据线、水平直线移动支架等。本实验系统所需要的主要电子元件材料及参量如表1所示，将电子元件与图3和图4电路图对应，在电路板上进行焊接，完成发射模块和接收模块的制作。

2.2组装仪器与基于STEM教育模式的探究式教学设计

2.2.1组装仪器

按电路图将电子元件连接在PCB电路板上，组装后接上9V的电池进行检测，检测发射模块和接收模块能否正常工作;输入音频信号后检测发射模块输出端LED能否正常发光，排除在电子元件组装过程中存在的接触不良、元件损坏等故障问题。

2.2.2基于STEM教育模式的“光纤通信”探究式教学设计

（1）演示现象，提出工程问题

演示现象：声信号是现代通信中一种重要信号，但只有光能够在光导纤维中传播，想要利用光导纤维达到传声的效果，则需要有能够将声信号转化为光信号的转换装置。而电信号是声光转换的中介，可以将手机声音中的电信号经过激光发射仪转换为光信号，光信号携带着声音信息进行传递，经过激光接收仪转换为电信号，进而从音箱中播放出声音，示意图如图5所示。

教师连接实验仪器进行演示：手机和激光发射仪相连，音箱和激光接收仪相连，打开手机播放器、激光发射仪和音箱的开关等，在光传输的过程中没有任何数据线相连，却能够播放出歌曲来。

提出工程问题：演示实验中能够确保激光沿直线传播，使激光接收仪顺利接收到光信号。可是在现实生活中，光传播的过程中容易受到建筑物的阻挡、天气和其他电磁的干扰等，使得声信号的接收受到了阻碍。如果你是工程师，应该如何设计实验装置来消除这种不利因素的影响呢？

（2）提出猜想，进行实验验证

提出猜想（在教学过程中分组进行猜想和设计方案）：

小组1：如果我是丁程师，我们会考虑让光绕过障碍物来改变光路方向，以前学过光经过平面镜能够发生反射，所以此时可以让激光反射后进人接收仪，就能解决了。如图6所示。

小组2：发生反射虽然也能够改变光路的方向，可是需要调整好各个角度才能满足条件，实际操作起来非常不方便。我们想到了更好的办法，激光在光导纤维中会发生全反射，直接绕过障碍物，光便会从一端按指定方向传到另一端，并且不会发生泄漏，就能让声音重新播放了，如图7、图8所示。

進行实验验证：教师邀请两组学生上台对猜想进行实验验证。学生利用平面镜、光导纤维进行操作，当平面镜调整好角度、光导纤维分别对准发射端和接收端后，都能听到声音重新播放，但从实验操作的便捷性、稳定性来看，小组2的实验方案更佳。

（3）类比迁移，学以致用

提出工程问题：在现实生活中，信号的传递不仅会受到障碍物的影响，而且往往需要进行远距离的传输，但是信号就会发生衰减。在实际过程中应该如何解决这个问题呢？调整激光发射模块和激光接收模块所在支架之间的距离，使距离越来越远时（模拟现实生活中远距离传输信号中信号衰减的过程），仔细辨认声音大小的变化，可以听到音乐声随着距离的增加变得越来越小。

学以致用：学生听到声音信号减弱。利用前面的光导纤维就能够防止信号发生泄漏。如果在远距离传输过程中，采用一根更长的光导纤维进行连接，声音就不会随着距离发生变化了。通过实验发现利用更长的光导纤维确实能够使音量恢复到原来的大小，如图9、图10所示。

（4）拓展提升，制作模型

拓展提升：光纤通信能够传输载有声音、图像以及各种数字信号的光，实现了声音信号的传输，能否利用光导纤维设计实验来传输图像呢？学生动脑设计方案，图像的传输需要点与点之间一一对应，如果将光导纤维聚集成束，制成光纤桥即光缆，并且相对位置保持一致，就能够传输图像了。

制作模型：学生利用实验材料（光导纤维、胶水、剪刀、带孔板、心形LED灯等）分组进行制作，移动心形LED灯，就可以在光纤桥的另一端观察到同样的心形图像，多媒体动画模拟如图11所示，实验实物图如图12所示。

3STEM教育理念的体现

陶行知先生说过：“先生的责任不在教，而在教学，而在教学生学。”怎样才能有效地引导学生主动发现物理问题，并能通过对实验进行分析、推理、归纳从而获得相应的知识呢？白组装实验演示仪能融合STEM教育的不同教学目标，通过设置富有情境的探究任务，让学生明确教学目标，在问题的生成、解决、再生成的过程中制作“光纤通信”演示仪，真正实现探究式教学，实验教学过程中STEM教育理念得以充分展示。

首先是科学（S）：在实验演示仪的设计中，以一种重要的光纤技术——光纤通信的电路作为实验主体部分，以传导媒介——光导纤维作为实验辅助部分，通过可视化的思想和形式将光在光导纤维中发生全反射的过程呈现在学生面前。在实验演示仪演示的过程中，可以引导学生思考如何让光方便地绕过障碍物又能做到信号不衰减的问题，让学生知道光纤的工作原理和光纤通信的丁作过程，通过此方式既能让学生更好地理解光的全反射现象以及产生的条件，强化了科学基础（S），同时又能让学生运用知识去解决实际的物理问题，提高学生学习物理的兴趣。

其次是技术（T）：物理是一门以实验为基础的学科，工程问题离不开动手操作，在此实验仪制作的过程中，要求学生能够理解实验电路的原理图，能够独立地将发射模块和接收模块装上支架，连接好各个部分的仪器并进行实验操作。对于动手能力较强的学生，教师可以指导他们按照电路图焊接元件，完成发射模块和接收模块的制作。同时，除了利用光纤来传输声音外，还应更全面地发挥其应用的广泛性，通过制作光纤桥来传输图像。让学生在亲白动手操作和分组实验的过程中，将自己设计的实验方案通过模型得以实现和验证，提升了技术（T）的能力，从而更好地体验STEM教育模式的乐趣，进而培养学生发现问题并通过独立思考解决问题的科学态度，逐步形成严谨的科学思维模式。

然后是工程（E）：教学越来越重视科学知识与实际生产生活和时代发展相结合，本实验演示仪模拟了现实生活中光纤通信技术的过程。让学生分组进行大胆猜想，教师适时给予指导，引导探究方向。学生提出想法后，教师不会马上介入，而是让学生自己进行实验进而分析利弊，最终得出最佳方案，同时也经历了科学探究的过程。在这个过程中，通过问题串的方式引导学生从工程师的角度换位思考：如果我是工程师，该如何设计和改进实验演示仪呢？逐步将学生引导至光纤通信这一工程问题（E）的思考角度，找到解决问题的方案，让学生体会物理知识与现代工程技术的密切结合，培养学生学习物理的兴趣和社会责任感。

最后是数学（M）：

江苏省2020年的一道高考题：我国的光纤通信技术处于世界领先水平。光纤内芯（内层玻璃）的折射率比外套（外层玻璃）的____（选填“大”或“小”）。某种光纤的内芯在空气中全反射的临界角为43。，则该内芯的折射率为____。

由这道题可以看出，题目考查了光的全反射的计算公式，并要求对光纤通信技术要有基本的了解，而利用本文设计的“光纤通信”演示仪能够引导学生通过对光导纤维发生全反射的临界角进行数学计算以及画全反射的光路图来定量分析光导纤维的工作原理，强化了学生的定量计算能力和作图能力（M），进而能够顺利解决此类高考题。不仅让学生能够更深入地理解光发生全反射的现象和产生的条件，同时通过实验仪介绍光纤通信技术的原理与应用，还能让学生体验科学探究的过程，拓宽学生的视野。

4实用效果与总结

在利用“光纤通信”演示仪进行STEM教育模式的探究过程中，在原有科学知识为核心的基础上，注重数学工具的应用，并结合现代技术和前沿科技发展动态，引导学生将物理与科学、技术、工程及数学等学科进行深度整合，设计了STEM课堂教学常用的四个模块，流程如图13所示。

以光导纤维作为导光载体，借助激光发出的可见光传递声电信号以及传输图像，清晰地展示了光纤通信中光在光导纤维中的传导过程和利用光携带声音、图像信息传输的可视化双重过程，弥补了当前物理教学中存在的不足，通过实验演示仪能让学生更直观、形象、深入地研究光纤通信的实质。而光导纤维还有很多应用，例如内窥镜，有输送光线、传导图像的本领：同时还可以与敏感元件组合或利用本身的特性做成各种传感器，测量压力、流量、温度、位移、光泽和颜色等，在能量传输和信息传输方面也获得广泛的应用。教师也可以对其进行课外拓展。

同时，实验系统选取的材料（例如手机、MP3等）来源于学生熟悉的生活，取材简便，同时元件材料的成本低廉，学生可以在教师的指导下完成STEM实践课题，从物理核心素养的视角进行STEM课程的设计和实验的实施，注重学生的自主性，将STEM教育理念与白组装探究式“光纤通信”演示仪进行深度融合，激发学生学习物理的兴趣，从科学、技术、工程及数学4个方面有效培养学生的科学创新精神和动手实践的综合能力。

作者：陈旭燕 程敏熙

演示装置光纤通信论文 篇2：

光纤技术实验课程的优化探索

摘要：光纤技术实验是现代光学实验的重要组成部分，也是光纤技术课程的重要授课形式之一。我校在近两年的教学改革中，对不同阶段开设的光纤技术实验课内容和方式进行了系统优化，取得了较好的结果。本文详细分析了各阶段的实验特点，并对光纤技术实验课程的优化原则进行了分析和总结。

关键词：光纤技术；实验课程；优化探索

一、引言

光纤通信技术和光纤传感技术已深入到社会生活的各个层面，相关系统已成为现代社会重要的关键基础设施，且随着实验室研究技术的发展，市场化的光纤产品不断推陈出新，具有前沿性和工程应用性紧密结合的特点。与光纤技术相关的专业课程教学是国内外院校光学工程类的重要课程设置之一，如清华大学、南开大学、华中科技大学、国防科技大学、香港理工大学、香港城市大学等，均开设了光纤技术类的课程，包括《光纤传感技术》《光纤通信技术》《光纤光学》等。作为一门具有明确工程应用背景的学科，实验教学是光纤技术授课的重要环节之一，许多院校均开设了光纤技术的相关实验。我校在本科生阶段的《光电技术实验》、研究生阶段的《高等光电技术实验》都安排了光纤技术实验，在相关专业课程讲授中还安排了若干演示实验。通过对授课对象在不同学习阶段理论知识水平和学习特点的分析，合理设置实验内容和实验方法，既培养了学生的动手能力，增强了学生对理论知识的理解，同时由于在课程整体上的优化设置，极大地激发了学生进行实验的兴趣，并提高了实验教学资源的利用率。

二、本科阶段的光纤技术实验课程设置

本科生阶段的光纤技术实验安排在大四学期，授课对象为光学工程专业的所有本科生。在这一阶段，部分学生已经选修了《光纤通信》、《光纤传感技术》等课程，对光纤有了初步的认知；但仍有一部分学生只具备光学专业课程基础，没有学习过专门的光纤课程。根据授课对象的这一特点，本科生阶段的光纤技术实验安排了三项内容：光纤的基本认知实验、光纤器件认知实验和简单的光纤通信系统实验。光纤的基本认知实验包括光纤端面切割与观察、光纤模场观察和光纤损耗测量三个部分。这一实验主要为观察实验，对学生的理论知识储备没有特殊的要求。通过在显微镜下直接观察光纤的端面结构、通光状态下光纤截面内的能量分布、测量光纤传导前后的光能量损失（损耗），学生对光纤这一特殊的波导建立起了直观的认知。光纤通信实验则采用集成电路箱，提供模块化的光收发装置，要求学生建立起必要的光纤连接，实现光纤的通信功能，从而加深對光纤通信系统各组成要素的深入了解。总结两个实验的特点可以看出，本科生阶段的光纤技术实验以认知实验为主，对学生动手搭建实验系统的能力要求较低，侧重点是通过直观地实物演示，使学生逐步建立起对光纤、光纤器件和光纤系统的直观印象。这一阶段的实验为学生日后可能的应用需求提供了丰富而系统的知识介绍，但在实验深度上不做过多要求。

三、研究生阶段的光纤技术实验课程设置

研究生阶段的光纤技术实验课程开设在第二学期，授课对象为光学工程专业的所有硕士研究生。在此阶段，由于学生在本科阶段对光纤已经有了基础的认知，同时通过《光电子学》《光纤光学》《光纤传感系统》等专业课程的基础，绝大部分学生已经对光纤系统的原理和特点有了深入的认识，因此这一阶段的实验课程难度增大，实验目的是培养学生动手搭建光纤系统的能力。研究生阶段的光纤技术实验课程包括四个实验：光纤基本实验、光纤器件实验和光纤系统实验。光纤基本实验包括光纤切割、熔接、损耗测量、数值孔径测量、空间耦合等多项内容，并根据学生动手能力的差异，部分实验内容要求必做，部分实验为扩展内容。在实验过程中安排光纤截面观察、模场测试等本科阶段已经完成的内容，一方面帮助学生回忆已经掌握的光纤实验要领，另一方面使学生深刻领会在光纤操作过程中的各种在线监测技术手段。与本科阶段的光纤器件实验不同，研究生阶段的光纤器件实验只包括一个器件：光纤耦合器。但在实验内容安排上，要求学生完成从空间光向光纤器件中的光耦合、测量光纤耦合器对不同波长和不同偏振态输入光的响应。与本科阶段的耦合器测量实验相比，研究生阶段的实验内容更加深入。通过这些实验安排，学生深刻领会了光纤器件的波长相关特性和偏振相关特性。光纤系统的实验包括光纤通信系统、光纤放大系统两个。其中光纤通信系统提供分立的光学和电学模块，要求学生在理解光纤通信原理的基础上自己采用所提供的电子元器件制作完成光收发模块；光纤放大系统实验同样要求学生利用分立的光纤器件搭建完整的系统并测量系统放大特性。对比本科生和研究生阶段的光纤技术实验可以看出，后者有三个特点：一是难度大大增加，做到真正以培养学生对光纤系统的深入认知、培养学生搭建光纤系统动手能力为目的。二是利用极少量的时间适当安排了对本科阶段已经进行的实验内容回顾，使学生在实验开始就能够找到成就感，激发学生完成所有实验的兴趣。三是实验内容充分考虑了个体差异，对于基础较好能力较强的同学我们提供了扩展实验内容，使其能力得到充分发挥。

四、专业课中的演示实验设置

对于光纤专业的学生，在本科生和研究生阶段都有许多专业课程可选择，在这些专业课程中适当加入课堂演示实验，对于加深学生对知识的理解效果是最明显的。我们在授课过程中充分考虑到这一特点，在每门专业课程讲授中都加入了1-2个课堂演示实验。与专门的实验课不同，课堂演示实验的侧重点在实验效果上，通常都是完整的光纤系统，包括光源、光传输链路、光接收模块、显示模块等等，并且注重显示效果。系统功能性明显，但结构复杂。在实验内容选择上，通常以便携式的工程化光纤系统为主。以研究生的《光纤传感系统》专业课程为例，我们选取了光纤光栅应变系统作为课堂演示实验内容，这套系统的光收发模块为集成化的便携式光纤光栅解调仪，采用法兰盘对接可建立起多个光纤传感串接阵列，解调信号直接显示在电脑程序界面中。通过这套系统，我们完整地演示了光纤传感器、光纤传输链路、光纤系统收发模块和光纤传感信号解调等多项知识内容，学生普遍反映通过这一演示实验对光纤传感系统有了清晰深刻的了解。

光纤技术类的实验课程贯穿了相关专业学生的本科生和研究生学期阶段，实验内容和实验方式的安排不当极易造成内容重复和资源浪费，达不到实验教学的目的，甚至有可能使学生产生反感心理，丧失对实验学习的兴趣。因此，对所有实验内容进行系统优化有着极其重要的作用。我校在近两年的教学改革中，对不同阶段开设的实验课内容和方式进行了系统优化。进行优化的三条原则是：根据授课对象的知识储备准备实验；根据授课对象的应用需求准备实验；根据授课课程的特点准备实验。根据这三条原则，我们的实验优化探索取得了较好的结果。实验授课内容的系统优化是一个长期的、循序渐进的过程，也是一项艰巨的任务，本文旨在对光纤技术类实验课程优化问题上进行有益的探索，期待抛砖引玉，加强与各位同行在这方面的交流。

参考文献：

[1]孟洲，胡永明，姚琼，宋章启，张振慧.光纤传感技术研究生课程改革探讨[J].中北大学学报（社会科学版），2007，23（2）：97-100.

[2]周建华，邱琪，周晓军.光纤通信实验教学改革探讨[J].电子科技大学学报社科版，2003，5（2）：89-91.

[3]王叶，余鲲，王燕，阎晓娜.光纤通信基础课程建设中的新思考和突破口[J].江西科学，2005，23（4）：424-426.

[4]赵小兰，《光纤传输技术》课程实验型教学探索[J].科教文汇，2007，（06）：104.

[5]杨聚庆，刘娇月.高职光纤通信课程实验教学探索与实践[J].实验室科学，2007，（3）：134-135.

[6]许书云，光纤通信实验教学改革研究[J].职业教育研究，2009，（9）：133.

作者简介：马丽娜（1981-），女，河北石家庄人，国防科技大学光电科学与工程学院讲师，博士。

作者：马丽娜,梁迅,胡正良,胡永明

演示装置光纤通信论文 篇3：

制导技术之光电制导实验室建设探索

摘  要 对制导技术课程中的光电制导部分进行重难点分析，针对重难点内容，提出由三种实验系统组成的光电制导实验室建设方案，然后详细介绍每一种实验系统的组成、功能、设备以及可开展实验，完成对光电制导实验室建设的初步探索。

关键词 制导技术;光电制导;实验平台;實验室;实验设备;数字化资源库

1 前言

制导技术课程是陆军工程大学石家庄校区本科学员的一门专业基础课程，是专业课程体系中的核心与关键内容。制导技术是装备的核心与灵魂，涉及原理复杂、内容抽象，理解掌握难度大，单纯依托讲授式教学很难达到良好的教学效果，因此迫切需要建设配套的实验环境条件，为教学模式改革创新提供手段，实现相关教学内容理论与实践的有机结合，帮助学员更好地理解掌握制导技术相关内容，显著改善教学效果，提升人才培养整体质量。

2 分析总结光电制导重难点内容

光电制导包括光学寻的制导和光电遥控制导两大类。光学寻的制导根据光源、波段不同分为红外点源寻的、红外成像寻的、电视寻的、激光半主动寻的等四种制导方式。光学遥控制导根据指令的形成位置及指令的传输方式不同，分为有线指令、激光指令、激光波束制导等三种制导方式，其中有线指令制导中又包括重要的光纤图像传输。下面对各自的重难点内容分别进行分析总结。

光学（红外、激光、电视）寻的制导  光学寻的制导是用制导武器上的设备接收目标辐射或反射的光波形成点源信号或图像信号，经过处理后实现对目标的跟踪和对制导武器的控制，是弹的重要制导方式，因光源、波段不同而各有特点。光学寻的制导技术分为光学点源信号寻的制导和光学图像寻的制导两种。光学点源寻的中红外点源和激光半主动寻的制导广泛应用;光学图像寻的中电视寻的和红外成像寻的制导广泛应用并发展很快。

光学寻的制导中光学寻的器是核心，难点在寻的器的稳定、跟踪与搜索。除了共性的寻的器外，下面分析四种制导技术的关键内容，为后续的实验室建设做准备。

1）红外点源寻的制导。除了共性的寻的器外，红外点源寻的制导中的重点是红外探测器、光学调制盘及光电弱信号探测。这部分难点内容是典型光电探测器原理、光学调制盘工作原理、有源滤波器原理等。

2）红外成像寻的制导。实现红外成像寻的制导的关键在于寻的器中的红外摄像头和图像跟踪处理器。这部分难点内容是光机扫描型摄像头和凝视型摄像头原理，线阵CCD像传感器的驱动原理，热像仪原理，图像处理、目标识别和跟踪等。

3）电视寻的制导。重点内容是电视寻的器的结构，电视摄像机的原理，图像处理、目标识别与跟踪，摄像管，CCD，摄像器件的使用及其信号处理方法;难点内容是光电信号的采样和保持、摄像机信号应用原理、模拟/数字电视信号提取等。

4）激光半主动寻的制导。重点内容是激光寻的器结构、激光目标指示器及四象限探测器;难点内容是四象限式光电定向，激光编码、激光器系统、激光测距仪、声光调制器、光外差原理等。

光电遥控制导  光学遥控制导是用弹外的光学探测系统对目标和弹进行测量，提供目标和弹的坐标信息，根据导引规律形成相应的指令，在远距离上通过有线或无线传到弹上实现闭环控制，将弹引向目标或预定区域的一种制导技术，包括有线制导、激光指令制导、激光波束制导等三种制导技术。三者的共同点是均要依靠制导站向弹传送信息，这种信息是指令或者引导波束;三者的不同点是指令的形成位置不同，前两种在制导站，后一种在弹上。前两种虽然指令都在制导站形成，但是传输指令的方式不同，一个通过导线或光纤传输，一个通过激光传输。

1）有线指令制导，如第一代、第二代反坦克弹制导，重点内容有可见光瞄准具、电视/红外测角仪、制导电子箱。

2）激光指令制导，整个制导过程包括电视测角和激光传输指令两部分，重点内容是电视测角仪、激光发射机、激光编码、激光接收机、解调器、制导电子箱原理等。

3）激光波束制导，包括瞄准与跟踪、激光发射与编码、弹上接收与译码、角误差指令形成与控制四个环节，重点内容是激光器系统、光束调制编码、四象限探测器等。

光纤图像传输  与电缆通信、微波通信等电通信方式相比，光纤通信具有很多优越性，因此非常适用于弹的制导。光纤传输指令制导的弹，一方面通过光纤，将弹头部拍摄的目标和场景图像及其他数据送回制导站，显示在监视器上;另一方面，制导站通过光纤传输各种信号指令给弹，正确导引弹飞向目标。因此，光纤信息传输是重点知识。

3 光电制导实验室建设方案

根据制导技术相关教学内容要求和人才培养需求，以及制导武器光学寻的制导的应用与发展情况，分析光学寻的制导的重难点内容，光电制导实验室主要由光学寻的制导实验系统、光电遥控制导实验系统、光纤图像传输实验系统等部分组成，体系结构图如图1所示。

实验室具体包含光电信号产生捕捉与识别实验设备、光电信号传输实验设备、图像信息处理实验设备等，基本功能框图如图2所示。光电信号产生模块具备产生红外、电视、激光等光电信号的功能;光电信号传输模块通过光纤等方式，构建光电信号（图像）的传输通道;光电信号捕捉与识别用于捕捉接收到的光信号并进行识别，筛选出有用的光电信号;图像信息处理则对输入的图像信号进行处理，输出处理结果。

实验室可以开展光电信号产生、传输、捕捉与识别、图像信息处理等实验;也可将光电测角仪、光电导引头等被试品接入实验系统，开展电视、红外、激光等光电测角仪或光电导引头工作原理（包括光学成像、光学调制、光电探测、信号处理、目标跟踪等）的演示实验;还能在实验系统的基础上，视情引入相应的被试品，进一步设计形成光电制导系统，开设光电制导系统性能测试实验、性能改进验证实验。

光学寻的制导实验系统  拟建设形成以下四种实验能力，系统组成图如图3所示。

1）寻的器数字化资源库。建成涵盖国内外的各类典型寻的器数字化资源库，以典型寻的器作为对象，按实际结构和尺寸建立数字化三維模型，并能通过交互式应用程序在教学计算机、虚拟训练器材等设备上实现外观展示、组装拆解、工作原理演示、模拟操作等功能，并能够按需要生成外观图、结构分解图、三维视频动画等教学应用资源。

2）光电技术创新综合实验平台，支持研究典型光电探测器的应用技术及工作原理，可以进行光电探测器光谱响应的测量、光电探测器响应时间的测试、光电探测器探测度的测量、光学调制盘输出信号的分析、低噪声放大器、有源滤波器等实验。

3）彩色面阵CCD综合实验仪，着重开展面阵CCD的驱动原理及应用方法实验，提高学员对CCD工作原理及实际应用的认识;同时设置图像处理方面的实验内容，让学员对如何进行图像处理有一定的认识，更好地理解如何对图像质量进行增强、如何提取有效信息等。

4）激光物理与技术综合实验平台，进行激光特性参数测量系列实验、激光应用技术系列实验，满足四象限式光电定向原理、激光编码、激光器系统、激光测距、声光调制、光外差原理等实验要求。

光电遥控制导实验系统  光学遥控制导实验系统围绕有线制导、激光指令制导、激光波束制导等三种制导方式实验需要开展建设，相关设备主要由三部分组成：对目标的观测跟踪装置、遥控信息的形成与传输装置、弹上的接收及控制装置（图4）。

1）目标观察跟踪装置，用于对可见光目标或红外信标搜索捕获和跟踪，设备有可见光瞄准具、电视测角仪、红外测角仪。

2）遥控信息的形成与传输装置。遥控信息的形成包括遥控指令和遥控激光波束的形成，传输装置包括导线、光纤和激光传输，设备有激光器、制导电子箱模拟器、光调制及解调综合实验仪。

3）接收与控制装置。接收包括接收指令和接收激光波束两种，控制装置通过接入舵机实物或仿真模型实现。

针对三种光电遥控制导方式，在共享激光物理与技术综合实验平台的基础上，再配置光调制及解调综合实验仪，可进行的实验内容有波形产生实验，幅度、脉冲调制解调实验，光学调制盘实验等，旨在原理验证及相关现象演示，便于学员理解实验原理。开设的主要实验如图5所示。

光纤图像传输实验系统  针对实验要求建设光纤通信与光纤技术综合实验平台，平台组成如图6所示，包括光端机模块、模拟信号源模块、数字信号源模块、串口通信模块、电话接口单元模块、数字端机模块等部分。实验项目由七个部分组成：光纤和光缆、通信用光器件（有源和无源器件）、数字光纤通信系统（光发、光收端机）、模拟光纤通信系统、光纤通信新技术、光纤通信网络。可开展光纤通信系统电接口、光源及光调制解调、模拟信号光纤传输、数字信号光纤传输、光纤通信网络及新技术等系列实验。

光纤图像传输系统（模拟信号直接调制方法下的视频信号光纤传输）如图7所示，主要由摄像头（电视信号发生器）、视频监视器（小型电视机）和模拟光纤通信系统组成。通过观察视频信号的光纤传输，测试光纤传输模拟信号的性能。摄像头产生视频信号（模拟信号），经过模拟调制送入光发端机，经光纤传输后，由光收端机检测到视频信号并输出到监视器端，通过实验观测光纤传输视频信号的效果以及特点，图像效果越好，说明光纤传输模拟信号的性能就越好越稳定。

4 结语

实验室是从事实验教学、科学研究、技术开发和学术交流的重要场所，是培养人才创新思维和创新能力的重要基础，因此，实验室建设是高等院校建设的重要组成部分。本文通过分析光电制导的重难点内容，提出制导技术之光电实验室建设方案，接下来需要更进一步地进行调研分析研究，紧紧围绕人才培养、关键技术研究和服务部队练兵备战总体目标实施建设，主要目标是满足制导技术有关课程教学与关键技术研究需要，为核心课程教学、制导技术相关课题研究、制导武器装备运用与效能评估等提供实验条件。

参考文献

[1]江月松.光电技术与实验[M].北京：北京理工大学出版社，2007.

[2]李洪儒，李辉，李永军，等.导弹制导与控制原理[M].北京：科学出版社，2016.

[3]张海明，王辅忠，任大庆，等.光信息与光电子技术实验室建设的思考[J].物理与工程，2008（4）：51-53.

作者：周海俊，陆军工程大学石家庄校区，讲师，研究方向为制导技术;翟优，陆军工程大学石家庄校区，讲师，研究方向为检测技术;郭鑫，陆军工程大学石家庄校区，讲师，研究方向为电站技术（050003）。

作者：周海俊　翟优　郭鑫