公用通讯网络中遥测数据的实时传输技术的研究

吴 悠,李铭三,郭世伟

(中国飞行试验研究院 陕西 西安710089)

随着新型飞机的试飞空域不断扩大和试飞科目的复杂性风险性不断增加，对遥测实时监控系统的要求也越来越高。对于某型飞机的试飞，由于其大空域范围的特点，遥测信号的传输距离在数百公里以上，远远超出了单遥测站能满足的最大遥测传输距离[1]；同时，由于其试飞科目的复杂性和高风险性，单遥测站的信号质量无法完全保证试飞安全，因此设计了一套能够覆盖广阔空域范围的遥测实时监控网络系统，将相距数百公里以上的3个遥测站点组成遥测实时监控网络系统，包括一个主遥测站和两个分遥测站。主站和分站之间的数据通信使用公用光纤网络SDH来构建。该技术传输速率稳定，安全性高，在长距离实时传输上很有优势[2-3]。通过对遥测传输标准和SDH标准的融合，完成接口的转换匹配，建立通信链路，进行遥测数据的实时传输。

1 系统设计

3个遥测站点，包括一个主遥测站，即遥测监控指挥中心站，和两个分遥测站A和B[4-5]。其中主遥测站需要具备遥测数据的综合处理显示，控制分节点对空电台，并完成对空通讯指挥的主监控功能。分遥测站需要具备遥测数据接收转发，对空通讯链路保障等功能[6-7]。三站之间的遥测数据综合处理和对空通讯数据的传输是相对独立，但又相互联系的，这里分别说明。

1.1 遥测数据综合处理系统

3个站点的3套遥测天线系统接收飞机下传的遥测PCM信号和视频图像信号。遥测站A和B的PCM数据及视频图像信号经过信号传输设备传送到主站。

图1 遥测数据综合处理系统框图Fig.1 Diagram of the telemetry data integrated processing system

1.2 对空通讯指挥系统

对空通讯指挥系统传输专线系统如图2所示，电台收发语音信号、控制信号均通过信号传输设备传输到中心站，中心站点可通过对应遥控箱进行电台的遥控使用。

1.3 传输需求

图2 对空通讯指挥系统框图Fig.2 Diagram of the air command and communication system

考虑到新机试飞的高风险性，需要同时保持3地对空通信及机载遥测PCM数据、视频数据的实时交互，确保遥测监控指挥中心站与各分站之间的通信畅通。根据传输需求，要在分站A与主站、分站B与主站之间传输2路视频、2路PCM、2路电台、2路以太网、1路可拨号互相通话及3个站点的网管信息等6种信号。这些信号的传输需要构建专用的通信信道来完成。

2 应用SDH技术建立通信链路

2.1 以太网技术和SDH技术的比较

目前通信领域的主导技术有两种，用于内部商业通信的局域网 （LAN）中的以太网和广域网 （WAN）中的SONET/SDH。这两者的格式和封装都不太一样，所以有着各自的作用和适应范围。

以太网是局域网协议，利用IP协议组成网络，可以是点到点，也可以是点到多点，统计复用，存储转发，主要工作在ISO的OSI模型的第一到三层 （物理层、数据链路层和网络层）。以太网由于使用IP协议，传输通道稳定性和安全性稍差，但管理和使用比较简单。

而SDH是点到点的网络，同步复用，实时传输，主要工作在ISO的OSI模型的第一层（物理层）。SDH专线由于使用SDH固定的帧格式传送，传输速率稳定，安全性高。SDH由于其自身的特点和优势，在语音业务和实时性要求比较高的业务上有很大的优势，因此在广域网领域和专用网领域得到了巨大的发展。电信、联通、广电等电信运营商都已经大规模建设了基于SDH的骨干光传输网络。

2.2 应用SDH技术

如果将PCM数据和视频图像通过遥测解调和视频采集设备变换为以太网形式进行数据传递，虽然链路资费和组网灵活性具有优势，但由于以太网采用带宽共享模式，该模式存在传送速率不能确定的问题，特别是遥测数据会由于测试和监控显示的参数量的多少，产生较大的变化，给接口转换设备的定制、使用的通用性以及通讯光缆的租用带来困难。可能出现数据传输迟延变化，因此传输速率波动较大，无法满足实时监控的需求。

参照电信运营商内部骨干网络的数据传输方式，主节点与分节点应使用中国电信的公用光缆网络，租用SDH专线进行数据传输，用以保证遥测数据和对空通讯的实时性和可靠性，构成遥测实时监控网络系统，实现整个试飞空域的遥测覆盖。

同时主站通过PCM数据融合处理设备对3套遥测天线系统送入的遥测PCM数据进行最佳源选择处理，选择最佳数据送入遥测前端处理器进行遥测数据处理，使用六台监控计算机对处理的遥测数据进行实时显示。3套遥测天线系统接收的视频图像信号，在主站通过3台视频显示器进行直接显示。

3 具体实现方案

3.1 信道分配情况

SDH服务业务使用G.703接口标准，为定速率传输模式，包括：64 Kbps、2.048Mbps。由以上可知信道分配情况：视频占用1个2Ms信道、PCM占用1个2M信道、以太网占用1个2M信道、电台+电话及网管信息占用1个2M信道，分站A与主站、分站B与主站各需要4个2M信道。按照目前的信道分配，将采用10M带宽，最终带宽值还需经过组网测试确定。

因此，将遥测下传的PCM数据信号，经过位同步器进行整型和同步处理，通过接口转换模块，将整型后的串行PCM数据流直接变换为G.703接口标准完成高速数据通信。同时对所传输的业务进行加密处理且经加密后的数据均为2M接口数据。输入信号经接口匹配变换、信号处理、加密、2M封装，变成HDB3码、经光电变换后传输至电信租用的信道，经电信光传输至远端，远端经过相应的逆处理过程后恢复出原始信号。

3.2 具体实现方案

综合信息接入设备的实现原理框图如图3所示，输入信号经接口匹配变换、信号处理、加密、2M封装，变成HDB3码、经光电变换后传输至电信租用的信道，经电信光链路传输至远端，远端经过相应的逆处理过程后恢复出原始信号。其中电话信号在主站节点进行数字程控交换处理，使其可实现三方拨号互相通话；网管信息在主站节点进行汇聚处理，可对3个节点进行可靠有效监测管理。

图3 综合信息接入设备的原理框图Fig.3 diagram of the integrated information access device

4 保密措施

对于保密级别较低的商用机型，用伪码加扰的方式就可以实现。其原理框图如图4所示，本端加扰器使用伪随机序列加扰传输明文，这些伪随机序列由用户使用口令控制字作为伪随机序列产生器的输入；并使用密钥加密口令，形成加密口令消息。然后已加扰的密文和加密口令消息数据经2M复用器复用后从光链路信号处理单元单向对端传输，对端光链路信号处理单元单回复出2M信号，2M信号解复用,得到加扰的密文和加密口令等数据，设备根据内部存储的密码对加密口令解密得到明文口令，再用明文口令产生得到解扰所需的伪随机序列码。经解扰器解扰后得到所传的明文数据。

图4 系统加扰器框图Fig.4 Diagram of the system scrambler

而对于军机试飞，由于其高保密性要求，单靠伪码加扰无法满足要求，因此需要在飞机上发射端加入加密机进行加密，然后直接在主站点加入解密机进行解密，分站A和B直接传输已加密的数据信息。

5 结论

通过对该系统的研究，形成遥测实时监控网络系统的配置框架，使系统实时处理能力达到监控要求，实现了对系统中多个遥测站数据的融合处理、择优选择和统一分发，使多站点的数据综合具备通用特性，使配套成本合理，使数据传输符合保密规范，可为其他型号的军机、民机试飞提供支持。

[1]罗文兴.移动通信技术［M］.北京:机械工业出版社，2010.

[2]肖萍萍.SDH原理与应用[M].北京:人民邮电出版社，2008.

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