王艷軍　劉陽(yáng)

【摘要】 目前，國(guó)外已對(duì)航空電子設(shè)備進(jìn)行了成功的升級(jí)換代，而我國(guó)航空領(lǐng)域也已開(kāi)始了對(duì)光纖數(shù)據(jù)總線的預(yù)研。本文介紹了光纖數(shù)據(jù)總線的優(yōu)勢(shì)，并分析了光纖數(shù)據(jù)總線在航天領(lǐng)域的應(yīng)用需求。

【關(guān)鍵字】 光纖數(shù)據(jù)總線 應(yīng)用需求 優(yōu)勢(shì) 星載

一、引言

光纖數(shù)據(jù)總線作為新一代數(shù)據(jù)總線技術(shù)對(duì)提高整星的性能、可靠性、靈活性、減小重量、功耗和降低發(fā)射成本等方面都有重要的意義。在此背景下，對(duì)星載光纖數(shù)據(jù)總線進(jìn)行應(yīng)用需求分析是很有必要的。

二、光纖數(shù)據(jù)總線的優(yōu)勢(shì)

1、信號(hào)損耗小，傳輸距離長(zhǎng)；光纖的傳輸損耗不像同軸電纜那樣隨著數(shù)據(jù)頻率和溫度而變化，同時(shí)光纖損耗極小。2、抗空間電磁干擾能力強(qiáng)；光纖是絕緣材料不能導(dǎo)電，空間電磁干擾信號(hào)不能通過(guò)光纖耦合進(jìn)光纖總線系統(tǒng)，所以光纖總線由很強(qiáng)的抗空間電磁干擾能力。3、電磁兼容性好；光纖內(nèi)部傳輸?shù)氖枪庑盘?hào)，傳輸過(guò)程中不產(chǎn)生電磁輻射，不會(huì)對(duì)其他設(shè)備產(chǎn)生電磁干擾。光纖總線還可以實(shí)現(xiàn)收、發(fā)信端地線隔離，避免互相之間的地線竄擾。4、傳輸速率高；早期的光纖總線MIL-STD-1773的改進(jìn)型AS1773可以達(dá)到20Mbps，其他的總線標(biāo)準(zhǔn)如1394b最高速率可以達(dá)到3.2Gbps，遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)總線。

三、光纖數(shù)據(jù)總線應(yīng)用需求分析

3.1 高速數(shù)據(jù)傳輸需求

（1）隨著SAR的發(fā)展，SAR的數(shù)據(jù)量和數(shù)據(jù)率也是急劇增加。目前普通SAR的數(shù)據(jù)傳輸速率大概在每秒840Mbps左右，而且SAR信號(hào)處理的趨勢(shì)已明顯走向數(shù)字處理、高速、和大容量，無(wú)論對(duì)于大量雷達(dá)原始數(shù)據(jù)以及成像數(shù)據(jù)的采集和存儲(chǔ)、驗(yàn)證實(shí)時(shí)信號(hào)處理機(jī)的算法還是實(shí)現(xiàn)雷達(dá)數(shù)據(jù)后處理都需要數(shù)據(jù)總線發(fā)揮重要作用。由于星載SAR的高分辨率特性，雖然經(jīng)過(guò)了距離向和方位向的雙重壓縮，其數(shù)據(jù)量還是海量的，因此不可避免地面臨著大數(shù)據(jù)量的傳輸問(wèn)題。（2）目前借助光學(xué)遙感技術(shù)獲得大量遙感圖像已經(jīng)在國(guó)防和國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效應(yīng)?，F(xiàn)代光學(xué)遙感系統(tǒng)已具備獲取高地面分辨率影像的能力。（3）多媒體通信是一種新興的信息交流方式，其把電視技術(shù)具有的圖像、聲音、文字并茂的信息傳播能力，與計(jì)算機(jī)結(jié)合起來(lái)，產(chǎn)生交互功能，從而形成全新的信息傳播方式，為人們提供最優(yōu)的視聽(tīng)品質(zhì)，故而成為通信系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。寬帶多媒體衛(wèi)星通信系統(tǒng)不再是“彎管式”，必須進(jìn)行高速星上信號(hào)處理，而系統(tǒng)中各信息處理載荷之間的數(shù)據(jù)傳輸需要依賴高速的數(shù)據(jù)總線來(lái)完成。

3.2 星內(nèi)EMC設(shè)計(jì)需求

傳統(tǒng)總線承載高速數(shù)據(jù)的金屬導(dǎo)線本身就是一個(gè)電磁干擾源。由于超大型衛(wèi)星上金屬傳輸導(dǎo)線眾多，電磁干擾源的數(shù)量也急劇增多，在星上本來(lái)就顯得狹小的空間里，各種電子設(shè)備將會(huì)受到眾多金屬傳輸導(dǎo)線的電磁干擾，需要進(jìn)行必要的EMC設(shè)計(jì)保障各電子設(shè)備能正常工作。光纖作為以光頻工作的介質(zhì)波導(dǎo)，它將光波形態(tài)的電磁能量約束于波導(dǎo)表面以內(nèi)，并引導(dǎo)電磁能量沿光纖軸方向傳播。

3.3 總線可擴(kuò)展性需求

目前衛(wèi)星的有效載荷越來(lái)越多，需求更加復(fù)雜。以我國(guó)月球探測(cè)二期工程為例，根據(jù)月球二期工程的科學(xué)目標(biāo)與工程目標(biāo)，探測(cè)衛(wèi)星將攜帶各種先進(jìn)的科學(xué)探測(cè)儀器，對(duì)月球表面進(jìn)行地質(zhì)、結(jié)構(gòu)、有用元素、天文、環(huán)境等各方面的探測(cè)，將獲取的月球表面信號(hào)傳輸?shù)降厍?。其中科學(xué)探測(cè)儀器包括了全景相機(jī)、近紅外光譜儀、極紫外相機(jī)和光學(xué)天文望遠(yuǎn)鏡等。這些科學(xué)儀器拍攝產(chǎn)生大量圖像，并接收控制信號(hào)以調(diào)整曝光時(shí)間、增益和工作模式等。大量圖像數(shù)據(jù)及科學(xué)探測(cè)數(shù)據(jù)需要通過(guò)衛(wèi)星總線來(lái)進(jìn)行傳輸。

3.4 總線高可靠性需求

目前，我國(guó)在空間與環(huán)境探測(cè)衛(wèi)星中使用的總線主要采用銅質(zhì)的同軸電纜或雙絞線作為傳輸介質(zhì)，面對(duì)復(fù)雜的電磁環(huán)境，其易受電磁干擾影響，因而不利于系統(tǒng)穩(wěn)定性的進(jìn)一步提高。由于空間環(huán)境存在諸多電磁干擾（EMI）和電磁脈沖（EMP）源，所以要求星上總線必須具有極好的抗干擾能力，而使用常規(guī)的總線很難滿足空間與環(huán)境技術(shù)的高性能和高可靠性要求，從而導(dǎo)致誤碼率的上升，對(duì)后續(xù)實(shí)時(shí)信號(hào)處理會(huì)造成很大的影響。目前1553B總線的誤碼率為2.77×10-8，而光纖總線的誤碼率為1×10-12，可見(jiàn)采用光纖總線的優(yōu)勢(shì)明顯，如果能從源頭上盡量減小電磁干擾的不利影響，將會(huì)減輕后續(xù)糾檢錯(cuò)處理器的負(fù)擔(dān)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)將會(huì)簡(jiǎn)化。

四、結(jié)語(yǔ)

我國(guó)的航天事業(yè)正處于快速發(fā)展的新階段，月球探測(cè)、火星探測(cè)、高分對(duì)地觀測(cè)等重大航天項(xiàng)目都正在緊張的進(jìn)行當(dāng)中，對(duì)于高速星載數(shù)據(jù)總線的需求將越來(lái)越迫切，星載高速數(shù)據(jù)總線的應(yīng)用是未來(lái)航天工程的趨勢(shì)之一。光纖數(shù)據(jù)總線性能先進(jìn)、可靠性高，且能滿足復(fù)雜的航天任務(wù)要求，對(duì)未來(lái)我國(guó)航天事業(yè)的發(fā)展具有重要的意義。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 王嶸，郭樹(shù)玲.高速串行總線航天應(yīng)用研究.控制工程（北京）.2005年第5期：1-10

[2] 鄭光威，趙尚弘，馬濤.軍用航空數(shù)據(jù)總線研究進(jìn)展.現(xiàn)代防御技術(shù).2006，34（4）：74-82