USB天地话音通信回路的检测方法研究

摘要：地面与飞船之间的话音通信是载人航天通信系统的关键组成部分。结合USB话音系统的组成和信息流程，提出了一种基于全态模拟器的新型通信回路检测方法。通过全态模拟器构成的天地话音通信回路能很好的检测整个载人航天通信系统的工作情况，并且能单独的经常性的检测单个测控站话音系统的工作情况，以确保话音回路畅通无阻，为载人航天任务的顺利完成提供重要保障。
关键词：USB系统；话音通信；数字保密机；全态模拟器

0 引言
载人航天是我国前所未有的宏大系统工程。天地话音通信系统是载人航天通信系统的关键组成部分。天地话音通信的主要任务是完成飞船与地面指挥系统间的话音通信。在天地话音传输中，我国采用的主要手段是利用天地S频段统一测控通信系统(USB)的数传信道传送天地下行(飞船至地面)话音，利用发射机和高功放传送上行(地面至飞船)话音。
载人航天天地通信的上、下行话音通道工作状态的好坏将直接影响到整个任务的成功与否。但由于飞船和地面通信系统的结构复杂，如何能在飞船未上天以及未载人条件下，寻找适当的测试方法，对整个天地话音通信系统尤其是地面通信网络各个环节是非常重要的。对测控站而言，现阶段主要采取任务前的天地通信联调，进行天地话音通信链路检查和测试，以确认系统的正确性。但在天地通信联调中线缆连接较多，连接方式变换较快，没有具体操作规范和注意事项，容易造成岗位人员误操作，影响天地通信联调顺利进行。同时天地通信联调次数有限，也影响天地话音通信系统检查和测试。这就需要规范联调中操作，并且要寻求一种新方法能经常性检测USB分系统话音通信链路工作情况。

1 USB天地话音通信系统分析
1．1 神舟任务中的天地USB通信回路
USB天地话音通信系统包括北京天地通信指控中心、USB测控通信站和飞船USB测控通信系统的相关设备。位于北京航天指控中心的天地通信指控中心对天地话音进行统一管理，一方面它负责对指挥员话音进行分配，同时汇集接收飞船下传的宇航员话音。USB测控通信站分别在一定区域内负责与飞船的通信联系。天地通信指控中心再通过卫星通信线路和地面传输线路与各USB测控通信站之间建立通信信息，借助USB测控站与飞船建立天地话音传输信道。其回路示意如图1所示。

1．2 USB天地话音通信信息流程
神舟任务中，USB话音通信作为天地通信的主要技术手段。其信息传递过程如下：
上行模拟话音在天地通信指控中心，送USB话音保密机，形成上行数字话音，之后数字话音信号途径DDN专网分送对应通信测站，测站将上行数字话音调制后在飞船覆盖范围内发送至飞船，飞船USB系统接收信号并解调，去密，译码，恢复话音信息。
下行两路话音经过USB话音保密机，形成下行数字话音，与其他测控信息一起，经USB信道向下发送至测控通信站，USB站将含有话音的支路数据送北京中心，经中心计算机系统解包，将其中下行数字话音送监控中心，之后解密、译码还原出话音，并将话音送监听、监视和记录单元。
其系统连接如图2所示，图中A为上行话音信号，B为下行话音信号。

2 USB话音通信上行链路检查
USB数字话音保密机用于飞船宇航员与地面指挥员之间的双向话音通信，是实施天地话音测试的一个关键设备，完成话音信号的数字化编解码、加解密、复分接等功能。
USB保密机一共有十个接口，其中有一个上行和两个下行模拟接口，上行单路模拟话音经编码、加密，形成话音数据，从USB保密机上行数字接口输出；下行2路模拟话音分别从两个模拟接口接入，经编码形成两路话音数据，加密，并交叉复接，合成话音数据，从USB保密机下行数据接口输出。
2．1 USB数字保密机检查
USB保密机利用本身具有的自环检查功能，检查保密机系统内部环路是否正常，再设置工作状态，检查保密机工作情况，其连接如图3所示。

话音经话筒到保密机内部经采样、量化、编码，生成标准的PCM码，同时产生发送数据所需要的时钟，通过内部数据线将发送数据直接返回保密机，在保密机解调部分将PCM码恢复成语音信号通过耳机送出，可以通过判断语音信号的质量来判断保密机的工作状态。
2．2 USB发射机话音终端检查
USB发射机话音终端作为载人航天天地通信的上行话音的必经通道，其工作状态的好坏将直接影响到整个任务的成功与否，所以要对其工作状态进行检验，其连接如图4所示。