龍吟 崔久鵬 劉超 田莊 易予生

(1 中國空間技術(shù)研究院載人航天總體部，北京 100094) (2 山東航天電子技術(shù)研究所，山東煙臺 264670)

出艙通信系統(tǒng)的返向信號功率自動控制方法

龍吟1崔久鵬2劉超1田莊1易予生1

(1 中國空間技術(shù)研究院載人航天總體部，北京 100094) (2 山東航天電子技術(shù)研究所，山東煙臺 264670)

出艙活動任務(wù)面臨載人航天器同時與多名出艙航天員之間的數(shù)據(jù)交互需求，若采用傳統(tǒng)的恒定發(fā)射功率無線通信模式，可能由于多名航天員艙外活動位置不同導(dǎo)致通信不均衡及互相干擾問題。為保證所有出艙航天員的通信鏈路穩(wěn)定，提出一種功率自動控制方法，利用位于載人航天器內(nèi)部的出艙通信處理器實時接收所有出艙航天員的返向信號，并分別對信干比進行評估，根據(jù)評估結(jié)果按照外環(huán)和內(nèi)環(huán)兩種方式進行航天員返向信號的功率控制，最終使出艙通信處理器接收到的所有航天員的返向信號信干比接近，保證與出艙航天員之間的正常通信。通過搭建試驗平臺對功率自動控制方法進行驗證，結(jié)果表明：該方法可實現(xiàn)出艙通信處理器收到的所有返向信號的信干比接近，能解決遠近效應(yīng)問題，提升多人出艙通信鏈路的可靠性。

出艙通信系統(tǒng)；返向信號；功率自動控制；信干比

1 引言

隨著載人航天的蓬勃發(fā)展，出艙活動成為載人航天任務(wù)的特色。出艙通信技術(shù)，即航天員進行出艙活動時與載人航天器之間進行信息交互的技術(shù)，是航天員出艙活動的關(guān)鍵支撐技術(shù)。在神舟七號任務(wù)中，航天員完成了我國載人航天史上的首次出艙活動，驗證了單人近距離的出艙通信技術(shù)[1-5]。神舟七號任務(wù)中的出艙通信系統(tǒng)，支持出艙航天員與神舟七號之間的語音通信和遙測任務(wù)，出艙航天員配戴設(shè)備的發(fā)射功率為恒定值、不可控，其工作模式僅適用于點對點及單人出艙的任務(wù)需求。載人飛船配置的空空通信機[6-8]，用于交會對接航天器之間的通信，具有大功率和小功率2種工作模式，2種模式的發(fā)射功率分別是固定值，可根據(jù)交會對接航天器之間的相對距離進行大、小功率模式的切換。我國后續(xù)的空間站任務(wù)及載人登月任務(wù)，將面臨多名航天員同時出艙的通信需求，并且出艙活動范圍大幅度增加。如果將上述方法直接應(yīng)用于多人出艙的場景，因為多名航天員活動位置不同，信號衰減程度不同，會導(dǎo)致出艙通信處理器接收到的多名航天員的返向信號信干比不同，可能引起返向信號接收解調(diào)不均衡，即遠近效應(yīng)?！皣H空間站”采用時分多址(TDMA)解決了多用戶通信帶來的遠近效應(yīng)問題，但具有發(fā)射功率大、通信效率低的缺點[9]。

為解決我國多人出艙活動的通信問題，本文提出一種返向信號功率自動控制方法，可實現(xiàn)出艙通信處理器接收到的各種返向信號信干比接近，從而能保證通信鏈路正常工作，確保多人出艙活動的順利完成。

校園文化的建設(shè)與保護體現(xiàn)了一個學(xué)校對校園精神、人才培養(yǎng)的理念和教師職工的工作目標與方向。在針對校園文化層面的工作上，不同高校的模式不同。擁有悠久歷史的傳統(tǒng)高校以保護、傳承、發(fā)揚結(jié)合新精神的探索為主要工作，而建校時間較短的高校，則以發(fā)現(xiàn)、建立、推廣為主要工作。雖然在數(shù)量上，建校時間短的高校有著完全的優(yōu)勢，但是在傳承保護以及學(xué)習弘揚的價值上，傳統(tǒng)高校有著不可動搖的地位。這時，如何對傳統(tǒng)高校的校園文化進行保護與建立工作，就顯得尤為重要。

(6) 從原電機配套冷卻器風機來看，計算最大風機電機功率15 kW 2P ，但實際配了22 kW 2P，實際風壓約達3 000 Pa左右。但電機系統(tǒng)最大也不到2 000 Pa?？偱溆秒姍C功率88 kW，功耗大，造成系統(tǒng)效率降低。

2 出艙通信系統(tǒng)

出艙通信系統(tǒng)一般由出艙通信處理器、出艙通信天線、艙外航天服天線和無線通信機組成。其中：出艙通信處理器位于載人航天器內(nèi)部，出艙通信天線位于載人航天器艙壁，艙外航天服天線固定在航天服表面，無線通信機位于航天服內(nèi)部。出艙通信處理器是出艙通信系統(tǒng)的核心，一般為1臺。艙外航天服天線和無線通信機根據(jù)出艙活動的任務(wù)需求配置，一般為1～3套。以3人出艙為例，出艙通信系統(tǒng)組成如圖1所示。航天員通過艙外航天服天線和無線通信機，以無線的方式與位于載人航天器內(nèi)部的出艙通信處理器進行雙向通信，通信的內(nèi)容涵蓋語音、遙測、控制等信息。

為保證出艙活動范圍內(nèi)無線通信全覆蓋，實現(xiàn)不同無線通信機接入時的通信連續(xù)性，同時為抑制遠近效應(yīng)，減小無線通信機之間的互相干擾，須要對返向信號功率進行控制。由出艙通信處理器向無線通信機發(fā)送功率控制信息，完成無線通信機的返向發(fā)射功率控制，功率控制過程中通信連續(xù)。出艙通信處理器按照恒定功率發(fā)射(記為Pt)，無線通信機的發(fā)射功率根據(jù)出艙通信處理器的控制進行調(diào)整。針對返向同步是否建立，分別采用開環(huán)和閉環(huán)的功率自動控制，流程見圖2。

圖1 出艙通信系統(tǒng)組成示意Fig.1 Communications system for astronaut EVA

3 返向信號功率自動控制方法

出艙通信系統(tǒng)使用超高頻(UHF)，規(guī)定前向鏈路為出艙通信處理器到無線通信機，返向鏈路為無線通信機到出艙通信處理器。前向鏈路傳播數(shù)據(jù)信號和功率控制信號，返向鏈路僅傳輸數(shù)據(jù)信號。前向、返向采用頻分復(fù)用(FDD)體制實現(xiàn)雙工通信，同時采用碼分多址(CDMA)體制實現(xiàn)一對多和多對一的通信。調(diào)制方式采用四相移鍵控(QPSK)，編碼方式采用卷積，支持終端數(shù)≥3，誤碼率≤10-5。

(1) 非線性振動聲調(diào)制技術(shù)通過高頻超聲與低頻振動在結(jié)構(gòu)中的相互作用，會產(chǎn)生調(diào)制邊頻，通過調(diào)制系數(shù)MI判斷調(diào)制效應(yīng)的大小以判斷試樣是否存在缺陷。通過合理選取激勵頻率與幅值，此技術(shù)能夠有效判別復(fù)合材料中是否存在沖擊損傷缺陷，且與超聲C掃描結(jié)果趨勢一致。

圖2 返向信號功率自動控制流程Fig.2 Flow of reversed signal automatic power control

3.1開環(huán)功率自動控制

無線通信機開機后，首先進行前向、返向同步。在初始的同步過程中，出艙通信處理器無法對無線通信機進行功率控制，因此，無線通信機不能確定返向鏈路傳輸條件的優(yōu)劣，只能自行根據(jù)當前的前向接收功率進行返向發(fā)射功率的初始設(shè)定，功率控制為開環(huán)方式。

規(guī)定出艙通信處理器期望接收返向功率為Pexpect，且滿足式(2)。

Ploss=Pt-Pr

(1)

無線通信機完成前向同步信號捕獲后，根據(jù)預(yù)先標定數(shù)據(jù)由自動增益控制(AGC)值計算出無線通信機的接收信號功率Pr，而出艙通信處理器的發(fā)射功率Pt是已知的，則估計鏈路衰減值為

外環(huán)功率控制的目的是在業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸時，根據(jù)出艙通信處理器接收端誤碼率的變化，確定可完成傳輸?shù)睦碚撔鸥杀萐t。出艙通信系統(tǒng)外部環(huán)境變化較小，數(shù)據(jù)傳輸速率保持恒定不變，因此外環(huán)功率控制周期可以為傳輸時間間隔TTTI的整數(shù)倍，在每個外環(huán)功率控制周期內(nèi)獲得可以保持正常通信的St，并將該值傳給內(nèi)環(huán)功率控制模塊。

Pmin≤Pexpect≤Pmax

(2)

物理層幀結(jié)構(gòu)如圖4所示。前向幀內(nèi)容包括業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、導(dǎo)頻信號及功率控制信號TPC。TPC碼字占用2 bit，00表示增加功率，01表示減小功率，11表示保持功率，10表示保留。

根據(jù)Ploss和Pexpect的范圍，按照最小發(fā)射功率接入，以保證對其他出艙航天員接入影響最小。無線通信機的初始發(fā)射功率Ptt可以表示為

Ptt=Ploss+Pexpect-Psurplus

(3)

式中：Psurplus表示在初始接入時為盡量降低對其他出艙航天員的影響而預(yù)留的余量。

初始發(fā)射功率發(fā)射后，根據(jù)無線通信機接收到出艙通信處理器發(fā)來的控制比特確認是否接入成功。若不成功，則以ΔP1為步進值增加發(fā)射功率，直至無線通信機接收到確認接入的信息比特。前向、返向同步過后，將進入閉環(huán)功率自動控制。

3.2閉環(huán)功率自動控制

返向同步后，出艙通信處理器和無線通信機會有業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)發(fā)送，功率控制轉(zhuǎn)為閉環(huán)功率自動控制。設(shè)計閉環(huán)功率自動控制分為外環(huán)功率控制(確定調(diào)整門限)和內(nèi)環(huán)功率控制(細調(diào))。其中：外環(huán)功率控制用于確保高于正常通信的信干比門限，內(nèi)環(huán)功率控制用于使各無線通信機發(fā)射的信號以接近的通信信干比到達出艙通信處理器。

3.2.1 外環(huán)功率控制

脂肪族酰胺主要有長鏈脂肪酸酰胺與二元酸酰胺，其中長鏈酰胺主要用作表面活性劑，如脂肪酸二乙醇胺[8]、脂肪酸單乙醇胺[9]等。

3.3.1 流域降雨影響分析 椒江為山溪性河流，地表徑流的主要補給為降水，其年內(nèi)分配與降水量基本相應(yīng)，受梅雨和臺風雨影響，徑流量的年內(nèi)分配極其不均勻，主要集中在4～9月，可達年徑流總量的四分之三[24].降雨不僅是土壤侵蝕的主要驅(qū)動因子，并且作為地表徑流的主要補給，攜帶泥沙入水，為水體懸浮泥沙提供來源的同時也對水體水量提供補充，對水體懸浮泥沙濃度起到稀釋的作用.本研究獲取椒江流域及周邊7個主要氣象站點的降雨數(shù)據(jù)，分析降雨于1995年、2000年、2005年、2010年及2015年的年際變化，及其對流域土壤侵蝕與懸浮泥沙分布的影響(見圖5).

因為航天信道環(huán)境較穩(wěn)定，外環(huán)功率控制周期定為1 s，統(tǒng)計1 s內(nèi)接收數(shù)據(jù)的誤碼率，設(shè)定St。外環(huán)功率控制過程如圖3所示，t表示外環(huán)功率控制的時間。在每個外環(huán)功率控制周期內(nèi)，不斷計算St，然后通過步進值調(diào)整發(fā)射功率維持正常通信所需的St。

圖3 外環(huán)功率控制過程Fig.3 Outer loop procedure for power control

3.2.2 內(nèi)環(huán)功率控制

內(nèi)環(huán)功率控制是指在1個TTTI內(nèi)或在1個外環(huán)功率控制周期內(nèi)，根據(jù)實際測量信干比Sa與此外環(huán)功率控制周期內(nèi)理論信干比St的差異進行功率控制，并且出艙通信處理器的控制指令是嵌入到物理層幀結(jié)構(gòu)中的功率控制字(TPC)。

式中：Pmin和Pmax分別為出艙通信處理器允許接收的最小和最大的信號功率。

圖4 物理層幀結(jié)構(gòu)Fig.4 Frame format for physical layer

內(nèi)環(huán)功率控制按照下列步驟執(zhí)行。

(1)當Sa>St時，TPC碼字為01，在1個內(nèi)環(huán)功率控制周期內(nèi)，希望無線通信機減少功率發(fā)送。

在無線通信機進行接收譯碼后，獲得TPC碼字，并根據(jù)TPC碼字含義進行功率步進值調(diào)整，當前內(nèi)環(huán)功率設(shè)為P(n)，前一個內(nèi)環(huán)功率設(shè)為P(n-1)，則滿足

從表10中可以看出，西部礦業(yè)股份有限公司2013～2017年的速動比率分別為0.99、1.01、0.87、0.79、0.82，企業(yè)這五年的速動比率有一定的波動，但波動幅度不大企業(yè)流動資產(chǎn)立即變現(xiàn)用于償還流動負債的能力較弱。

這里的秦光儀是向孔尚任介紹弘光遺事之人，在《桃花扇》的創(chuàng)作過程中起到了至關(guān)重要的作用，但由于文獻闕如，他與孔尚任的關(guān)系不得而知。那么“舅翁”是什么意思呢?一般有以下三種說法。

(3)當Sa=St時，TPC碼字為11，無線通信機保持功率不變。

(2)當Sa

P(n)=P(n-1)+ΔP2·Tpc

(4)

式中：ΔP2為調(diào)整無線通信機發(fā)射功率的步進值；Tpc為根據(jù)出艙通信處理器發(fā)送的TPC碼字進行轉(zhuǎn)換后的系數(shù)。

TPC碼字為00時，Tpc=1；TPC碼字為01時，Tpc=-1；TPC碼字為11時，Tpc=0。根據(jù)接收信號的TPC碼字，調(diào)整各無線通信機的發(fā)射功率，以達到出艙通信處理器接收信號功率接近的目的，從而能很好地避免遠近效應(yīng)。

4 試驗驗證

4.1試驗場景

按照圖5搭建試驗驗證平臺，包括出艙通信處理器、可調(diào)衰減器、固定衰減器、無線通信機及配套測試設(shè)備。其中：出艙通信處理器和無線通信機通過有線方式連接，在它們之間串聯(lián)2個固定衰減器和1個可調(diào)衰減器。

圖5 試驗驗證平臺Fig.5 Test verification platform

4.2試驗結(jié)果及分析

本試驗僅模擬了不同通信距離的傳輸損耗。根據(jù)自由空間衰落公式[10]進行出艙活動80 m范圍內(nèi)的信號衰減Lloss估算。

Lloss=20lgR+20lgf+32.44

(5)

式中：R為無線通信機和出艙通信處理器之間的距離，km；f為出艙通信信號的頻率，MHz。

根據(jù)式(5)計算可得，在出艙活動范圍內(nèi)，距離最遠與最近處的信號衰減約為18 dB。通過步進值調(diào)整衰減器的衰減值，模擬無線通信機相對于出艙通信處理器的距離變化。針對采用和不采用功率自動控制的工作模式，分別進行試驗。①設(shè)置可調(diào)衰減器為0 dB，通過功率計測試出艙通信處理器的接收功率值。②按照1 dB的步進值增加可調(diào)衰減器的衰減值，并且記錄每次調(diào)整后出艙通信處理器的接收功率值。經(jīng)過測試，未采用功率自動控制時，出艙通信處理器接收到的返向信號功率隨著鏈路衰減值的變化而變化；采用功率自動控制時，出艙通信處理器接收到的返向信號功率始終維持在一個恒定值附近(詳見表1)，有效地提高了多人出艙活動時的抗干擾能力，解決了遠近效應(yīng)。

總之，在新形勢下，高校畢業(yè)生就業(yè)是一項內(nèi)容十分廣泛的系統(tǒng)工程。需要來自個人、學(xué)校、家庭、社會的共同努力。高校輔導(dǎo)員作為高校就業(yè)體系的中堅力量，更要充分認識到自身在高職院校畢業(yè)生中的重要作用，根據(jù)學(xué)生的特點，高度關(guān)注就業(yè)工作，不斷探索就業(yè)工作的規(guī)律和科學(xué)方法，給畢業(yè)生提供有效的就業(yè)指導(dǎo)。

表1 功率自動控制測試結(jié)果

5 結(jié)束語

本文根據(jù)載人航天器多人出艙活動任務(wù)的需求，提出了一種返向信號功率自動控制方法。首先，通過開環(huán)方式，在返向鏈路未建立的情況下建立返向信號功率的初始值。然后，進入閉環(huán)功率自動控制方式，通過外環(huán)功率控制，確保信干比的解調(diào)門限；通過內(nèi)環(huán)功率控制，獲取避免遠近效應(yīng)、進行正常通信的返向功率值，可有效解決多名出艙航天員之間通信不協(xié)調(diào)與互擾的問題。通過實物模擬試驗，驗證了功率自動控制方法，可保證載人航天器收到的返向信號信干比維持在恒定值附近，避免遠近效應(yīng)問題。需要指出的是，本文僅按照自由空間衰落的衰減模式進行模擬驗證，未考慮載人航天器實際艙體、天線近場方向圖等對傳輸?shù)挠绊?，這些因素是不可忽視的，后續(xù)將安排整艙試驗進行進一步驗證。

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Automatic Power Control Method of Reversed Signal for Communications System of Astronaut EVA

LONG Yin1CUI Jiupeng2LIU Chao1TIAN Zhuang1YI Yusheng1

(1 Institute of Manned Space System Engineering, China Academy of Space Technology, Beijing 100094, China) (2 Shandong Institute of Space Electronic Technology， Yantai， Shandong 264670， China)

The EVA(extravehicular activity) mission faces the data interaction requirements between the manned spacecraft and multiple extravehicular astronauts. The traditional wireless communications mode with constant transmitting power will cause the interference and incompatibility of communications due to the different positions of the extravehicular astronauts. In order to ensure the communications link stability of all extravehicular astronauts, an automatic power control method is proposed. The extravehicular communications device located inside the manned spacecraft receives the real-time reversed signal of all extravehicular astronauts, and the signal to interference ratio is estimated. According to the evaluation results, the power is automatically controlled by the two ways of outer loop and inner loop. Finally, the signal to interference ratio of all the astronauts

by the extravehicular communications device is almost the same, ensuring the quality of extravehicular communications. The method is verified by building the test platform and carrying out experiment, and the result shows that the multiple signal to interference ratio received is almost the same, therefore improving the reliability of communications link for multiple EVA.

communications system of astronaut EVA； reversed signal； automatic power control; signal to interference ratio

2017-07-04；

2017-07-18

國家重大科技專項工程

龍吟，男，工程師，從事航天器測控與通信分系統(tǒng)研究工作。Email:ly24381@163.com。

TN915

A

10.3969/j.issn.1673-8748.2017.04.013

(編輯：夏光)