公用通訊網絡中遙測數據的實時傳輸技術的研究

吳 悠,李銘三,郭世偉

(中國飛行試驗研究院 陜西 西安710089)

隨著新型飛機的試飛空域不斷擴大和試飛科目的復雜性風險性不斷增加，對遙測實時監控系統的要求也越來越高。對于某型飛機的試飛，由于其大空域范圍的特點，遙測信號的傳輸距離在數百公里以上，遠遠超出了單遙測站能滿足的最大遙測傳輸距離[1]；同時，由于其試飛科目的復雜性和高風險性，單遙測站的信號質量無法完全保證試飛安全，因此設計了一套能夠覆蓋廣闊空域范圍的遙測實時監控網絡系統，將相距數百公里以上的3個遙測站點組成遙測實時監控網絡系統，包括一個主遙測站和兩個分遙測站。主站和分站之間的數據通信使用公用光纖網絡SDH來構建。該技術傳輸速率穩定，安全性高，在長距離實時傳輸上很有優勢[2-3]。通過對遙測傳輸標準和SDH標準的融合，完成接口的轉換匹配，建立通信鏈路，進行遙測數據的實時傳輸。

1 系統設計

3個遙測站點，包括一個主遙測站，即遙測監控指揮中心站，和兩個分遙測站A和B[4-5]。其中主遙測站需要具備遙測數據的綜合處理顯示，控制分節點對空電臺，并完成對空通訊指揮的主監控功能。分遙測站需要具備遙測數據接收轉發，對空通訊鏈路保障等功能[6-7]。三站之間的遙測數據綜合處理和對空通訊數據的傳輸是相對獨立，但又相互聯系的，這里分別說明。

1.1 遙測數據綜合處理系統

3個站點的3套遙測天線系統接收飛機下傳的遙測PCM信號和視頻圖像信號。遙測站A和B的PCM數據及視頻圖像信號經過信號傳輸設備傳送到主站。

圖1 遙測數據綜合處理系統框圖Fig.1 Diagram of the telemetry data integrated processing system

1.2 對空通訊指揮系統

對空通訊指揮系統傳輸專線系統如圖2所示，電臺收發語音信號、控制信號均通過信號傳輸設備傳輸到中心站，中心站點可通過對應遙控箱進行電臺的遙控使用。

1.3 傳輸需求

圖2 對空通訊指揮系統框圖Fig.2 Diagram of the air command and communication system

考慮到新機試飛的高風險性，需要同時保持3地對空通信及機載遙測PCM數據、視頻數據的實時交互，確保遙測監控指揮中心站與各分站之間的通信暢通。根據傳輸需求，要在分站A與主站、分站B與主站之間傳輸2路視頻、2路PCM、2路電臺、2路以太網、1路可撥號互相通話及3個站點的網管信息等6種信號。這些信號的傳輸需要構建專用的通信信道來完成。

2 應用SDH技術建立通信鏈路

2.1 以太網技術和SDH技術的比較

目前通信領域的主導技術有兩種，用于內部商業通信的局域網 （LAN）中的以太網和廣域網 （WAN）中的SONET/SDH。這兩者的格式和封裝都不太一樣，所以有著各自的作用和適應范圍。

以太網是局域網協議，利用IP協議組成網絡，可以是點到點，也可以是點到多點，統計復用，存儲轉發，主要工作在ISO的OSI模型的第一到三層 （物理層、數據鏈路層和網絡層）。以太網由于使用IP協議，傳輸通道穩定性和安全性稍差，但管理和使用比較簡單。

而SDH是點到點的網絡，同步復用，實時傳輸，主要工作在ISO的OSI模型的第一層（物理層）。SDH專線由于使用SDH固定的幀格式傳送，傳輸速率穩定，安全性高。SDH由于其自身的特點和優勢，在語音業務和實時性要求比較高的業務上有很大的優勢，因此在廣域網領域和專用網領域得到了巨大的發展。電信、聯通、廣電等電信運營商都已經大規模建設了基于SDH的骨干光傳輸網絡。

2.2 應用SDH技術

如果將PCM數據和視頻圖像通過遙測解調和視頻采集設備變換為以太網形式進行數據傳遞，雖然鏈路資費和組網靈活性具有優勢，但由于以太網采用帶寬共享模式，該模式存在傳送速率不能確定的問題，特別是遙測數據會由于測試和監控顯示的參數量的多少，產生較大的變化，給接口轉換設備的定制、使用的通用性以及通訊光纜的租用帶來困難。可能出現數據傳輸遲延變化，因此傳輸速率波動較大，無法滿足實時監控的需求。

參照電信運營商內部骨干網絡的數據傳輸方式，主節點與分節點應使用中國電信的公用光纜網絡，租用SDH專線進行數據傳輸，用以保證遙測數據和對空通訊的實時性和可靠性，構成遙測實時監控網絡系統，實現整個試飛空域的遙測覆蓋。

同時主站通過PCM數據融合處理設備對3套遙測天線系統送入的遙測PCM數據進行最佳源選擇處理，選擇最佳數據送入遙測前端處理器進行遙測數據處理，使用六臺監控計算機對處理的遙測數據進行實時顯示。3套遙測天線系統接收的視頻圖像信號，在主站通過3臺視頻顯示器進行直接顯示。

3 具體實現方案

3.1 信道分配情況

SDH服務業務使用G.703接口標準，為定速率傳輸模式，包括：64 Kbps、2.048Mbps。由以上可知信道分配情況：視頻占用1個2Ms信道、PCM占用1個2M信道、以太網占用1個2M信道、電臺+電話及網管信息占用1個2M信道，分站A與主站、分站B與主站各需要4個2M信道。按照目前的信道分配，將采用10M帶寬，最終帶寬值還需經過組網測試確定。

因此，將遙測下傳的PCM數據信號，經過位同步器進行整型和同步處理，通過接口轉換模塊，將整型后的串行PCM數據流直接變換為G.703接口標準完成高速數據通信。同時對所傳輸的業務進行加密處理且經加密后的數據均為2M接口數據。輸入信號經接口匹配變換、信號處理、加密、2M封裝，變成HDB3碼、經光電變換后傳輸至電信租用的信道，經電信光傳輸至遠端，遠端經過相應的逆處理過程后恢復出原始信號。

3.2 具體實現方案

綜合信息接入設備的實現原理框圖如圖3所示，輸入信號經接口匹配變換、信號處理、加密、2M封裝，變成HDB3碼、經光電變換后傳輸至電信租用的信道，經電信光鏈路傳輸至遠端，遠端經過相應的逆處理過程后恢復出原始信號。其中電話信號在主站節點進行數字程控交換處理，使其可實現三方撥號互相通話；網管信息在主站節點進行匯聚處理，可對3個節點進行可靠有效監測管理。

圖3 綜合信息接入設備的原理框圖Fig.3 diagram of the integrated information access device

4 保密措施

對于保密級別較低的商用機型，用偽碼加擾的方式就可以實現。其原理框圖如圖4所示，本端加擾器使用偽隨機序列加擾傳輸明文，這些偽隨機序列由用戶使用口令控制字作為偽隨機序列產生器的輸入；并使用密鑰加密口令，形成加密口令消息。然后已加擾的密文和加密口令消息數據經2M復用器復用后從光鏈路信號處理單元單向對端傳輸，對端光鏈路信號處理單元單回復出2M信號，2M信號解復用,得到加擾的密文和加密口令等數據，設備根據內部存儲的密碼對加密口令解密得到明文口令，再用明文口令產生得到解擾所需的偽隨機序列碼。經解擾器解擾后得到所傳的明文數據。

圖4 系統加擾器框圖Fig.4 Diagram of the system scrambler

而對于軍機試飛，由于其高保密性要求，單靠偽碼加擾無法滿足要求，因此需要在飛機上發射端加入加密機進行加密，然后直接在主站點加入解密機進行解密，分站A和B直接傳輸已加密的數據信息。

5 結論

通過對該系統的研究，形成遙測實時監控網絡系統的配置框架，使系統實時處理能力達到監控要求，實現了對系統中多個遙測站數據的融合處理、擇優選擇和統一分發，使多站點的數據綜合具備通用特性，使配套成本合理，使數據傳輸符合保密規范，可為其他型號的軍機、民機試飛提供支持。

[1]羅文興.移動通信技術［M］.北京:機械工業出版社，2010.

[2]肖萍萍.SDH原理與應用[M].北京:人民郵電出版社，2008.

[3]溫彩燕，崔健.SDH技術在寧夏中衛電力通信光纖傳輸網中的應用[J].寧夏電力，2010(1):47-49 WEN Cai-yan，CUIJian.The application of SDH technology in NingxiaZhongwei electric powercommunication optical fiber transmission network[J].Ningxia Electric Power,201(1):47-49.

[4]GOLDSMITH Andrea.Wireless communications[M].北 京 ：人民郵電出版社，2007.

[5]張世錦.數字通信系統[M].西安：西安電子科技大學出版社，2004.

.6]丁龍剛，馬虹.衛星通信技術[M].北京：機械工業出版社，2006.

[7]劉蘊才.無線電遙測遙控（上冊）[M].北京：國防工業出版社，2001.