USB天地話音通信回路的檢測方法研究

摘要：地面與飛船之間的話音通信是載人航天通信系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分。結(jié)合USB話音系統(tǒng)的組成和信息流程，提出了一種基于全態(tài)模擬器的新型通信回路檢測方法。通過全態(tài)模擬器構(gòu)成的天地話音通信回路能很好的檢測整個(gè)載人航天通信系統(tǒng)的工作情況，并且能單獨(dú)的經(jīng)常性的檢測單個(gè)測控站話音系統(tǒng)的工作情況，以確保話音回路暢通無阻，為載人航天任務(wù)的順利完成提供重要保障。
關(guān)鍵詞：USB系統(tǒng)；話音通信；數(shù)字保密機(jī)；全態(tài)模擬器

0 引言
載人航天是我國前所未有的宏大系統(tǒng)工程。天地話音通信系統(tǒng)是載人航天通信系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分。天地話音通信的主要任務(wù)是完成飛船與地面指揮系統(tǒng)間的話音通信。在天地話音傳輸中，我國采用的主要手段是利用天地S頻段統(tǒng)一測控通信系統(tǒng)(USB)的數(shù)傳信道傳送天地下行(飛船至地面)話音，利用發(fā)射機(jī)和高功放傳送上行(地面至飛船)話音。
載人航天天地通信的上、下行話音通道工作狀態(tài)的好壞將直接影響到整個(gè)任務(wù)的成功與否。但由于飛船和地面通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，如何能在飛船未上天以及未載人條件下，尋找適當(dāng)?shù)臏y試方法，對整個(gè)天地話音通信系統(tǒng)尤其是地面通信網(wǎng)絡(luò)各個(gè)環(huán)節(jié)是非常重要的。對測控站而言，現(xiàn)階段主要采取任務(wù)前的天地通信聯(lián)調(diào)，進(jìn)行天地話音通信鏈路檢查和測試，以確認(rèn)系統(tǒng)的正確性。但在天地通信聯(lián)調(diào)中線纜連接較多，連接方式變換較快，沒有具體操作規(guī)范和注意事項(xiàng)，容易造成崗位人員誤操作，影響天地通信聯(lián)調(diào)順利進(jìn)行。同時(shí)天地通信聯(lián)調(diào)次數(shù)有限，也影響天地話音通信系統(tǒng)檢查和測試。這就需要規(guī)范聯(lián)調(diào)中操作，并且要尋求一種新方法能經(jīng)常性檢測USB分系統(tǒng)話音通信鏈路工作情況。

1 USB天地話音通信系統(tǒng)分析
1．1 神舟任務(wù)中的天地USB通信回路
USB天地話音通信系統(tǒng)包括北京天地通信指控中心、USB測控通信站和飛船USB測控通信系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)備。位于北京航天指控中心的天地通信指控中心對天地話音進(jìn)行統(tǒng)一管理，一方面它負(fù)責(zé)對指揮員話音進(jìn)行分配，同時(shí)匯集接收飛船下傳的宇航員話音。USB測控通信站分別在一定區(qū)域內(nèi)負(fù)責(zé)與飛船的通信聯(lián)系。天地通信指控中心再通過衛(wèi)星通信線路和地面?zhèn)鬏斁€路與各USB測控通信站之間建立通信信息，借助USB測控站與飛船建立天地話音傳輸信道。其回路示意如圖1所示。

1．2 USB天地話音通信信息流程
神舟任務(wù)中，USB話音通信作為天地通信的主要技術(shù)手段。其信息傳遞過程如下：
上行模擬話音在天地通信指控中心，送USB話音保密機(jī)，形成上行數(shù)字話音，之后數(shù)字話音信號途徑DDN專網(wǎng)分送對應(yīng)通信測站，測站將上行數(shù)字話音調(diào)制后在飛船覆蓋范圍內(nèi)發(fā)送至飛船，飛船USB系統(tǒng)接收信號并解調(diào)，去密，譯碼，恢復(fù)話音信息。
下行兩路話音經(jīng)過USB話音保密機(jī)，形成下行數(shù)字話音，與其他測控信息一起，經(jīng)USB信道向下發(fā)送至測控通信站，USB站將含有話音的支路數(shù)據(jù)送北京中心，經(jīng)中心計(jì)算機(jī)系統(tǒng)解包，將其中下行數(shù)字話音送監(jiān)控中心，之后解密、譯碼還原出話音，并將話音送監(jiān)聽、監(jiān)視和記錄單元。
其系統(tǒng)連接如圖2所示，圖中A為上行話音信號，B為下行話音信號。

2 USB話音通信上行鏈路檢查
USB數(shù)字話音保密機(jī)用于飛船宇航員與地面指揮員之間的雙向話音通信，是實(shí)施天地話音測試的一個(gè)關(guān)鍵設(shè)備，完成話音信號的數(shù)字化編解碼、加解密、復(fù)分接等功能。
USB保密機(jī)一共有十個(gè)接口，其中有一個(gè)上行和兩個(gè)下行模擬接口，上行單路模擬話音經(jīng)編碼、加密，形成話音數(shù)據(jù)，從USB保密機(jī)上行數(shù)字接口輸出；下行2路模擬話音分別從兩個(gè)模擬接口接入，經(jīng)編碼形成兩路話音數(shù)據(jù)，加密，并交叉復(fù)接，合成話音數(shù)據(jù)，從USB保密機(jī)下行數(shù)據(jù)接口輸出。
2．1 USB數(shù)字保密機(jī)檢查
USB保密機(jī)利用本身具有的自環(huán)檢查功能，檢查保密機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部環(huán)路是否正常，再設(shè)置工作狀態(tài)，檢查保密機(jī)工作情況，其連接如圖3所示。

話音經(jīng)話筒到保密機(jī)內(nèi)部經(jīng)采樣、量化、編碼，生成標(biāo)準(zhǔn)的PCM碼，同時(shí)產(chǎn)生發(fā)送數(shù)據(jù)所需要的時(shí)鐘，通過內(nèi)部數(shù)據(jù)線將發(fā)送數(shù)據(jù)直接返回保密機(jī)，在保密機(jī)解調(diào)部分將PCM碼恢復(fù)成語音信號通過耳機(jī)送出，可以通過判斷語音信號的質(zhì)量來判斷保密機(jī)的工作狀態(tài)。
2．2 USB發(fā)射機(jī)話音終端檢查
USB發(fā)射機(jī)話音終端作為載人航天天地通信的上行話音的必經(jīng)通道，其工作狀態(tài)的好壞將直接影響到整個(gè)任務(wù)的成功與否，所以要對其工作狀態(tài)進(jìn)行檢驗(yàn)，其連接如圖4所示。