光纤数据总线空间应用需求分析

王艳军　刘阳

【摘要】 目前，国外已对航空电子设备进行了成功的升级换代，而我国航空领域也已开始了对光纤数据总线的预研。本文介绍了光纤数据总线的优势，并分析了光纤数据总线在航天领域的应用需求。

【关键字】 光纤数据总线 应用需求 优势 星载

一、引言

光纤数据总线作为新一代数据总线技术对提高整星的性能、可靠性、灵活性、减小重量、功耗和降低发射成本等方面都有重要的意义。在此背景下，对星载光纤数据总线进行应用需求分析是很有必要的。

二、光纤数据总线的优势

1、信号损耗小，传输距离长；光纤的传输损耗不像同轴电缆那样随着数据频率和温度而变化，同时光纤损耗极小。2、抗空间电磁干扰能力强；光纤是绝缘材料不能导电，空间电磁干扰信号不能通过光纤耦合进光纤总线系统，所以光纤总线由很强的抗空间电磁干扰能力。3、电磁兼容性好；光纤内部传输的是光信号，传输过程中不产生电磁辐射，不会对其他设备产生电磁干扰。光纤总线还可以实现收、发信端地线隔离，避免互相之间的地线窜扰。4、传输速率高；早期的光纤总线MIL-STD-1773的改进型AS1773可以达到20Mbps，其他的总线标准如1394b最高速率可以达到3.2Gbps，远高于传统总线。

三、光纤数据总线应用需求分析

3.1 高速数据传输需求

（1）随着SAR的发展，SAR的数据量和数据率也是急剧增加。目前普通SAR的数据传输速率大概在每秒840Mbps左右，而且SAR信号处理的趋势已明显走向数字处理、高速、和大容量，无论对于大量雷达原始数据以及成像数据的采集和存储、验证实时信号处理机的算法还是实现雷达数据后处理都需要数据总线发挥重要作用。由于星载SAR的高分辨率特性，虽然经过了距离向和方位向的双重压缩，其数据量还是海量的，因此不可避免地面临着大数据量的传输问题。（2）目前借助光学遥感技术获得大量遥感图像已经在国防和国民经济建设的各个领域得到了广泛应用，产生了巨大的经济和社会效应。现代光学遥感系统已具备获取高地面分辨率影像的能力。（3）多媒体通信是一种新兴的信息交流方式，其把电视技术具有的图像、声音、文字并茂的信息传播能力，与计算机结合起来，产生交互功能，从而形成全新的信息传播方式，为人们提供最优的视听品质，故而成为通信系统的发展趋势。宽带多媒体卫星通信系统不再是“弯管式”，必须进行高速星上信号处理，而系统中各信息处理载荷之间的数据传输需要依赖高速的数据总线来完成。

3.2 星内EMC设计需求

传统总线承载高速数据的金属导线本身就是一个电磁干扰源。由于超大型卫星上金属传输导线众多，电磁干扰源的数量也急剧增多，在星上本来就显得狭小的空间里，各种电子设备将会受到众多金属传输导线的电磁干扰，需要进行必要的EMC设计保障各电子设备能正常工作。光纤作为以光频工作的介质波导，它将光波形态的电磁能量约束于波导表面以内，并引导电磁能量沿光纤轴方向传播。

3.3 总线可扩展性需求

目前卫星的有效载荷越来越多，需求更加复杂。以我国月球探测二期工程为例，根据月球二期工程的科学目标与工程目标，探测卫星将携带各种先进的科学探测仪器，对月球表面进行地质、结构、有用元素、天文、环境等各方面的探测，将获取的月球表面信号传输到地球。其中科学探测仪器包括了全景相机、近红外光谱仪、极紫外相机和光学天文望远镜等。这些科学仪器拍摄产生大量图像，并接收控制信号以调整曝光时间、增益和工作模式等。大量图像数据及科学探测数据需要通过卫星总线来进行传输。

3.4 总线高可靠性需求

目前，我国在空间与环境探测卫星中使用的总线主要采用铜质的同轴电缆或双绞线作为传输介质，面对复杂的电磁环境，其易受电磁干扰影响，因而不利于系统稳定性的进一步提高。由于空间环境存在诸多电磁干扰（EMI）和电磁脉冲（EMP）源，所以要求星上总线必须具有极好的抗干扰能力，而使用常规的总线很难满足空间与环境技术的高性能和高可靠性要求，从而导致误码率的上升，对后续实时信号处理会造成很大的影响。目前1553B总线的误码率为2.77×10-8，而光纤总线的误码率为1×10-12，可见采用光纤总线的优势明显，如果能从源头上尽量减小电磁干扰的不利影响，将会减轻后续纠检错处理器的负担，系统设计将会简化。

四、结语

我国的航天事业正处于快速发展的新阶段，月球探测、火星探测、高分对地观测等重大航天项目都正在紧张的进行当中，对于高速星载数据总线的需求将越来越迫切，星载高速数据总线的应用是未来航天工程的趋势之一。光纤数据总线性能先进、可靠性高，且能满足复杂的航天任务要求，对未来我国航天事业的发展具有重要的意义。

參 考 文 献

[1] 王嵘，郭树玲.高速串行总线航天应用研究.控制工程（北京）.2005年第5期：1-10

[2] 郑光威，赵尚弘，马涛.军用航空数据总线研究进展.现代防御技术.2006，34（4）：74-82