光纖數據總線空間應用需求分析

王艷軍　劉陽

【摘要】 目前，國外已對航空電子設備進行了成功的升級換代，而我國航空領域也已開始了對光纖數據總線的預研。本文介紹了光纖數據總線的優勢，并分析了光纖數據總線在航天領域的應用需求。

【關鍵字】 光纖數據總線 應用需求 優勢 星載

一、引言

光纖數據總線作為新一代數據總線技術對提高整星的性能、可靠性、靈活性、減小重量、功耗和降低發射成本等方面都有重要的意義。在此背景下，對星載光纖數據總線進行應用需求分析是很有必要的。

二、光纖數據總線的優勢

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據頻率和溫度而變化，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電，空間電磁干擾信號不能通過光纖耦合進光纖總線系統，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；光纖內部傳輸的是光信號，傳輸過程中不產生電磁輻射，不會對其他設備產生電磁干擾。光纖總線還可以實現收、發信端地線隔離，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，遠高于傳統總線。

三、光纖數據總線應用需求分析

3.1 高速數據傳輸需求

（1）隨著SAR的發展，SAR的數據量和數據率也是急劇增加。目前普通SAR的數據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字處理、高速、和大容量，無論對于大量雷達原始數據以及成像數據的采集和存儲、驗證實時信號處理機的算法還是實現雷達數據后處理都需要數據總線發揮重要作用。由于星載SAR的高分辨率特性，雖然經過了距離向和方位向的雙重壓縮，其數據量還是海量的，因此不可避免地面臨著大數據量的傳輸問題。（2）目前借助光學遙感技術獲得大量遙感圖像已經在國防和國民經濟建設的各個領域得到了廣泛應用，產生了巨大的經濟和社會效應。現代光學遙感系統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，其把電視技術具有的圖像、聲音、文字并茂的信息傳播能力，與計算機結合起來，產生交互功能，從而形成全新的信息傳播方式，為人們提供最優的視聽品質，故而成為通信系統的發展趨勢。寬帶多媒體衛星通信系統不再是“彎管式”，必須進行高速星上信號處理，而系統中各信息處理載荷之間的數據傳輸需要依賴高速的數據總線來完成。

3.2 星內EMC設計需求

傳統總線承載高速數據的金屬導線本身就是一個電磁干擾源。由于超大型衛星上金屬傳輸導線眾多，電磁干擾源的數量也急劇增多，在星上本來就顯得狹小的空間里，各種電子設備將會受到眾多金屬傳輸導線的電磁干擾，需要進行必要的EMC設計保障各電子設備能正常工作。光纖作為以光頻工作的介質波導，它將光波形態的電磁能量約束于波導表面以內，并引導電磁能量沿光纖軸方向傳播。

3.3 總線可擴展性需求

目前衛星的有效載荷越來越多，需求更加復雜。以我國月球探測二期工程為例，根據月球二期工程的科學目標與工程目標，探測衛星將攜帶各種先進的科學探測儀器，對月球表面進行地質、結構、有用元素、天文、環境等各方面的探測，將獲取的月球表面信號傳輸到地球。其中科學探測儀器包括了全景相機、近紅外光譜儀、極紫外相機和光學天文望遠鏡等。這些科學儀器拍攝產生大量圖像，并接收控制信號以調整曝光時間、增益和工作模式等。大量圖像數據及科學探測數據需要通過衛星總線來進行傳輸。

3.4 總線高可靠性需求

目前，我國在空間與環境探測衛星中使用的總線主要采用銅質的同軸電纜或雙絞線作為傳輸介質，面對復雜的電磁環境，其易受電磁干擾影響，因而不利于系統穩定性的進一步提高。由于空間環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，而使用常規的總線很難滿足空間與環境技術的高性能和高可靠性要求，從而導致誤碼率的上升，對后續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，將會減輕后續糾檢錯處理器的負擔，系統設計將會簡化。

四、結語

我國的航天事業正處于快速發展的新階段，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，對于高速星載數據總線的需求將越來越迫切，星載高速數據總線的應用是未來航天工程的趨勢之一。光纖數據總線性能先進、可靠性高，且能滿足復雜的航天任務要求，對未來我國航天事業的發展具有重要的意義。

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.軍用航空數據總線研究進展.現代防御技術.2006，34（4）：74-82