光纖數(shù)據(jù)總線空間應(yīng)用需求分析

王艷軍　劉陽

【摘要】 目前，國外已對航空電子設(shè)備進行了成功的升級換代，而我國航空領(lǐng)域也已開始了對光纖數(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，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 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，對星載光纖數(shù)據(jù)總線進行應(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

1、信號損耗小，傳輸距離長；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，同時光纖損耗極小。2、抗空間電磁干擾能力強；光纖是絕緣材料不能導(dǎo)電，空間電磁干擾信號不能通過光纖耦合進光纖總線系統(tǒng)，所以光纖總線由很強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?，傳輸過程中不產(chǎn)生電磁輻射，不會對其他設(shè)備產(chǎn)生電磁干擾。光纖總線還可以實現(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的改進型AS1773可以達到20Mbps，其他的總線標準如1394b最高速率可以達到3.2Gbps，遠高于傳統(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信號處理的趨勢已明顯走向數(shù)字處理、高速、和大容量，無論對于大量雷達原始數(shù)據(jù)以及成像數(shù)據(jù)的采集和存儲、驗證實時信號處理機的算法還是實現(xiàn)雷達數(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)在國防和國民經(jīng)濟建設(shè)的各個領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟和社會效應(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，與計算機結(jié)合起來，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)的視聽品質(zhì)，故而成為通信系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。寬帶多媒體衛(wèi)星通信系統(tǒng)不再是“彎管式”，必須進行高速星上信號處理，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)總線來完成。

3.2 星內(nèi)EMC設(shè)計需求

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，在星上本來就顯得狹小的空間里，各種電子設(shè)備將會受到眾多金屬傳輸導(dǎo)線的電磁干擾，需要進行必要的EMC設(shè)計保障各電子設(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 總線可擴展性需求

目前衛(wèi)星的有效載荷越來越多，需求更加復(fù)雜。以我國月球探測二期工程為例，根據(jù)月球二期工程的科學(xué)目標與工程目標，探測衛(wèi)星將攜帶各種先進的科學(xué)探測儀器，對月球表面進行地質(zhì)、結(jié)構(gòu)、有用元素、天文、環(huán)境等各方面的探測，將獲取的月球表面信號傳輸?shù)降厍?。其中科學(xué)探測儀器包括了全景相機、近紅外光譜儀、極紫外相機和光學(xué)天文望遠鏡等。這些科學(xué)儀器拍攝產(chǎn)生大量圖像，并接收控制信號以調(diào)整曝光時間、增益和工作模式等。大量圖像數(shù)據(jù)及科學(xué)探測數(shù)據(jù)需要通過衛(wèi)星總線來進行傳輸。

3.4 總線高可靠性需求

目前，我國在空間與環(huán)境探測衛(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，對后續(xù)實時信號處理會造成很大的影響。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，可見采用光纖總線的優(yōu)勢明顯，如果能從源頭上盡量減小電磁干擾的不利影響，將會減輕后續(xù)糾檢錯處理器的負擔，系統(tǒng)設(shè)計將會簡化。

四、結(jié)語

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

參 考 文 獻

[1] 王嶸，郭樹玲.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)總線研究進展.現(xiàn)代防御技術(shù).2006，34（4）：74-82