摘要：地面與飛船之間的話音通信是載人航天通信系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分。結(jié)合USB話音系統(tǒng)的組成和信息流程，提出了一種基于全態(tài)模擬器的新型通信回路檢測方法。通過全態(tài)模擬器構(gòu)成的天地話音通信回路能很好的檢測整個載人航天通信系統(tǒng)的工作情況，并且能單獨的經(jīng)常性的檢測單個測控站話音系統(tǒng)的工作情況，以確保話音回路暢通無阻，為載人航天任務(wù)的順利完成提供重要保障。
關(guān)鍵詞：USB系統(tǒng)；話音通信；數(shù)字保密機；全態(tài)模擬器

0 引言
    載人航天是我國前所未有的宏大系統(tǒng)工程。天地話音通信系統(tǒng)是載人航天通信系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分。天地話音通信的主要任務(wù)是完成飛船與地面指揮系統(tǒng)間的話音通信。在天地話音傳輸中，我國采用的主要手段是利用天地S頻段統(tǒng)一測控通信系統(tǒng)(USB)的數(shù)傳信道傳送天地下行(飛船至地面)話音，利用發(fā)射機和高功放傳送上行(地面至飛船)話音。
    載人航天天地通信的上、下行話音通道工作狀態(tài)的好壞將直接影響到整個任務(wù)的成功與否。但由于飛船和地面通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，如何能在飛船未上天以及未載人條件下，尋找適當(dāng)?shù)臏y試方法，對整個天地話音通信系統(tǒng)尤其是地面通信網(wǎng)絡(luò)各個環(huán)節(jié)是非常重要的。對測控站而言，現(xiàn)階段主要采取任務(wù)前的天地通信聯(lián)調(diào)，進行天地話音通信鏈路檢查和測試，以確認系統(tǒng)的正確性。但在天地通信聯(lián)調(diào)中線纜連接較多，連接方式變換較快，沒有具體操作規(guī)范和注意事項，容易造成崗位人員誤操作，影響天地通信聯(lián)調(diào)順利進行。同時天地通信聯(lián)調(diào)次數(shù)有限，也影響天地話音通信系統(tǒng)檢查和測試。這就需要規(guī)范聯(lián)調(diào)中操作，并且要尋求一種新方法能經(jīng)常性檢測USB分系統(tǒng)話音通信鏈路工作情況。

1 USB天地話音通信系統(tǒng)分析
1．1 神舟任務(wù)中的天地USB通信回路
    USB天地話音通信系統(tǒng)包括北京天地通信指控中心、USB測控通信站和飛船USB測控通信系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)備。位于北京航天指控中心的天地通信指控中心對天地話音進行統(tǒng)一管理，一方面它負責(zé)對指揮員話音進行分配，同時匯集接收飛船下傳的宇航員話音。USB測控通信站分別在一定區(qū)域內(nèi)負責(zé)與飛船的通信聯(lián)系。天地通信指控中心再通過衛(wèi)星通信線路和地面?zhèn)鬏斁€路與各USB測控通信站之間建立通信信息，借助USB測控站與飛船建立天地話音傳輸信道。其回路示意如圖1所示。

1．2 USB天地話音通信信息流程
    神舟任務(wù)中，USB話音通信作為天地通信的主要技術(shù)手段。其信息傳遞過程如下：
    上行模擬話音在天地通信指控中心，送USB話音保密機，形成上行數(shù)字話音，之后數(shù)字話音信號途徑DDN專網(wǎng)分送對應(yīng)通信測站，測站將上行數(shù)字話音調(diào)制后在飛船覆蓋范圍內(nèi)發(fā)送至飛船，飛船USB系統(tǒng)接收信號并解調(diào)，去密，譯碼，恢復(fù)話音信息。
    下行兩路話音經(jīng)過USB話音保密機，形成下行數(shù)字話音，與其他測控信息一起，經(jīng)USB信道向下發(fā)送至測控通信站，USB站將含有話音的支路數(shù)據(jù)送北京中心，經(jīng)中心計算機系統(tǒng)解包，將其中下行數(shù)字話音送監(jiān)控中心，之后解密、譯碼還原出話音，并將話音送監(jiān)聽、監(jiān)視和記錄單元。
    其系統(tǒng)連接如圖2所示，圖中A為上行話音信號，B為下行話音信號。

2 USB話音通信上行鏈路檢查
    USB數(shù)字話音保密機用于飛船宇航員與地面指揮員之間的雙向話音通信，是實施天地話音測試的一個關(guān)鍵設(shè)備，完成話音信號的數(shù)字化編解碼、加解密、復(fù)分接等功能。
    USB保密機一共有十個接口，其中有一個上行和兩個下行模擬接口，上行單路模擬話音經(jīng)編碼、加密，形成話音數(shù)據(jù)，從USB保密機上行數(shù)字接口輸出；下行2路模擬話音分別從兩個模擬接口接入，經(jīng)編碼形成兩路話音數(shù)據(jù)，加密，并交叉復(fù)接，合成話音數(shù)據(jù)，從USB保密機下行數(shù)據(jù)接口輸出。
2．1 USB數(shù)字保密機檢查
    USB保密機利用本身具有的自環(huán)檢查功能，檢查保密機系統(tǒng)內(nèi)部環(huán)路是否正常，再設(shè)置工作狀態(tài)，檢查保密機工作情況，其連接如圖3所示。

    話音經(jīng)話筒到保密機內(nèi)部經(jīng)采樣、量化、編碼，生成標(biāo)準(zhǔn)的PCM碼，同時產(chǎn)生發(fā)送數(shù)據(jù)所需要的時鐘，通過內(nèi)部數(shù)據(jù)線將發(fā)送數(shù)據(jù)直接返回保密機，在保密機解調(diào)部分將PCM碼恢復(fù)成語音信號通過耳機送出，可以通過判斷語音信號的質(zhì)量來判斷保密機的工作狀態(tài)。
2．2 USB發(fā)射機話音終端檢查
    USB發(fā)射機話音終端作為載人航天天地通信的上行話音的必經(jīng)通道，其工作狀態(tài)的好壞將直接影響到整個任務(wù)的成功與否，所以要對其工作狀態(tài)進行檢驗，其連接如圖4所示。

    由圖4可以看出，話音經(jīng)話筒到保密機內(nèi)部經(jīng)采樣、量化、編碼，生成標(biāo)準(zhǔn)的PCM碼，同時產(chǎn)生數(shù)據(jù)發(fā)送所需要的時鐘，將這兩路數(shù)據(jù)送到發(fā)射機對外接口A(即發(fā)射機與衛(wèi)通接口)模擬衛(wèi)通送來的話音信息與時鐘信息，在話音終端對其進行PSK調(diào)制，小環(huán)返回的話音負載波經(jīng)解調(diào)后生成的PCM碼仍然通過發(fā)射機的對外接口A送回保密機，在保密機一端將PCM碼恢復(fù)成語音信號通過耳機送出，可以通過判斷語音信號的質(zhì)量來判斷話音終端的工作狀態(tài)。
2．3 USB上行話音鏈路檢查
    通過以上檢查，為天地通信聯(lián)調(diào)中上行話音鏈路檢測順利進行打下堅實基礎(chǔ)。神舟任務(wù)中USB上行話音的傳輸路徑為：天地通信指控中心話音信息→DDN專網(wǎng)→USB測站話音終端→USB中頻調(diào)制器→USB發(fā)射機→飛船接收設(shè)備。天地通信聯(lián)調(diào)上行話音檢查路徑：天地通信指控中心音源→DDN專網(wǎng)→USB話音終端→USB中頻調(diào)制→小環(huán)接收機→USB話音終端→USB保密機上行接口，其連接如圖5所示。

    使衛(wèi)通與發(fā)射機的接口連接，衛(wèi)通送出的話音PCM碼與時鐘CLK送至發(fā)射機，而發(fā)射機話音解調(diào)小環(huán)返回的話音信息卻不能經(jīng)由A接口送出至保密機，因為此時的該接口已經(jīng)使用，衛(wèi)通送發(fā)射機話音終端的話音數(shù)據(jù)經(jīng)監(jiān)控處理插箱分路，與發(fā)射機A／B套B接口同時連接，只是當(dāng)A機工作時，信號進入A機，并在此接口輸出話音解調(diào)信息，B機處于備份狀態(tài)沒有輸出的時鐘CLK及話音數(shù)據(jù)DATA，所以可以將信號從與B機相連的接口送出接至保密機。由于發(fā)射機A、B接口的定義不一樣，只能對其中的SD+，SD-，ST+，ST-進行跳線處理，因為解調(diào)出的PCM碼為標(biāo)準(zhǔn)的NRZ-L碼，且時鐘與PCM碼完全同步，送保密機后直接可以監(jiān)聽到北京通過衛(wèi)通送來的話音。
    如果北京中心發(fā)送明話，USB保密機通過上行接口監(jiān)聽和監(jiān)視。
    (1)如果保密機能同步，但聽不到話音。
    ①調(diào)整監(jiān)聽耳機或音箱音量大小；
    ②檢查USB站保密機上行接收電平是否合適；
    ③檢查接口線纜，由于在天地通信聯(lián)調(diào)中經(jīng)常拔電纜線，會造成接口處導(dǎo)線松動；
    ④檢查轉(zhuǎn)接盒連接情況，測站進行上行話音檢測時，由于調(diào)制插箱和保密機接口定義不同，需要轉(zhuǎn)接盒連接到保密機上行接口檢聽。
    (2)如果保密機可以同步，并能通過監(jiān)聽耳機聽到北京中心發(fā)送的上行話音，就表明上行話音系統(tǒng)接口是正確的。
    北京中心保密機為密話狀態(tài)，USB保密機可同步，但解不出正常話音。
    ①保密機密鑰不一致，需更換統(tǒng)一密鑰；
    ②保密機話音編譯碼芯片工作異常，需重新復(fù)位保密機。
    將來自北京天地通信指控中心的話音數(shù)據(jù)調(diào)制成中頻信號后，通過小環(huán)接收機耦合、解調(diào)后，從USB話音終端輸出電纜接口可得到發(fā)送的話音數(shù)據(jù)流。引出接收數(shù)據(jù)和時鐘信號，與USB保密機的上行數(shù)據(jù)接口連接，可以檢查驗證USB上行話音通路接口和信息方面的匹配情況。

3 USB話音通信下行鏈路檢查
    以前天地通信聯(lián)調(diào)中，上行鏈路檢測結(jié)束后，就進行回路檢測，忽略了下行鏈路檢查，如果出現(xiàn)問題，分離較為困難。所以建議在回路檢測前，進行USB話音通信下行鏈路檢查。具體方法如下：
    USB天地通信聯(lián)調(diào)模擬器是實施話音下行鏈路測試的一個關(guān)鍵設(shè)備。主要功能是用來仿真飛船下行USB Q支路數(shù)據(jù)幀格式，并在其指定位置插入加密數(shù)字話音。目的是在進行測控通信系統(tǒng)演練時，驗證USB傳輸通道及其接口的正確性。
    聯(lián)調(diào)模擬器在使用過程中的連接方式如圖6所示。在測控站，模擬器具有三個對外接口，接口1為保密機接口，具有兩種輸入速率，可以接收保密機數(shù)字話音信號，也可以接收USB話音終端小環(huán)返回的數(shù)字話音信號。模擬器產(chǎn)生與Q支路幀結(jié)構(gòu)相同的數(shù)據(jù)，并將接口1的輸入數(shù)據(jù)插入到幀的指定位置，再進行擾碼產(chǎn)生一定碼速率的數(shù)據(jù)，以此數(shù)據(jù)模擬Q支路數(shù)據(jù)。接口2為I支路數(shù)據(jù)輸入接口。接口3數(shù)據(jù)接入到USB設(shè)備與數(shù)傳模擬源相連接口中。

    神舟任務(wù)時，USB下行話音數(shù)據(jù)從飛船Q支路數(shù)據(jù)中取出。USB下行話音傳輸路徑為：飛船→USB高頻接收機→USB數(shù)傳接收機→DDN專網(wǎng)→天地通信指控中心。天地通信聯(lián)調(diào)下行話音檢查路徑：話音信息→USB保密機下行接口→全態(tài)模擬器數(shù)字話音接口→DDN專網(wǎng)→天地通信指控中心。利用全態(tài)模擬器、USB保密機的下行接口可檢查大部分下行地面話音系統(tǒng)。
    聯(lián)調(diào)模擬器加電自檢，自檢完成后自動進入工作狀態(tài)，如果設(shè)備自檢有故障，故障指示燈點亮，這時可以通過查詢檢查故障部位，也可以啟動不同部分的設(shè)備自檢幫助故障定位，確保聯(lián)調(diào)模擬器工作正常。
    在天地通信聯(lián)調(diào)前，測控站內(nèi)進行神舟任務(wù)大回路演練，通過磁記錄放帶，可以檢查USB系統(tǒng)數(shù)傳設(shè)備工作情況，從而確保USB系統(tǒng)Q支路工作正常，從而確保天地通信聯(lián)調(diào)順利進行。
    在確定聯(lián)調(diào)模擬器和數(shù)傳設(shè)備工作正常后，如圖7所示連接。用USB保密機提供話音源，數(shù)字話音經(jīng)聯(lián)調(diào)模擬器復(fù)接后，送USB數(shù)傳設(shè)備，并經(jīng)USB系統(tǒng)Q支路，由衛(wèi)通送往北京天地通信指控中心，中心通過接口適配器還原后送保密機解密并監(jiān)聽話音，通過接收北京中心通報的話音監(jiān)聽情況，可以檢查下行話音傳輸路徑接口和信息匹配情況。

    如果指控中心反饋信息為無法正常接聽話音，并且中心能確保自身設(shè)備工作正常。
    (1)檢查USB保密機下行話音是否正常送出；
    (2)檢查保密機的配置情況(工作狀態(tài)、發(fā)送時鐘、TT時鐘)；
    (3)檢查聯(lián)調(diào)模擬器的配置情況(加擾碼、同步方式、工作模式、密話環(huán)回、密話速率)；
    (4)如果保密機工作在密話狀態(tài)，檢查與中心保密機的密鑰是否一致。
    如果天地通信指控中心保密機無論測站保密機切明態(tài)或密態(tài)都能夠同步，并能通過監(jiān)聽耳機聽到USB測站發(fā)送的下行話音，就說明所檢測到的下行話音鏈路是正常的。

4 USB話音通信系統(tǒng)回路檢查
    因為神舟任務(wù)天地USB話音通信采用不對稱傳輸，上、下行話音不但編碼速率不同，而且天地間傳輸話音路數(shù)和途徑也不同，這就使得天地USB話音系統(tǒng)的測試非常困難。
    在對上、下行話音系統(tǒng)正確驗證的基礎(chǔ)上，可利用全態(tài)模擬器，構(gòu)成USB上、下行回路，對USB話音上、下行回路進行檢查。
4．1 天地通信聯(lián)調(diào)中話音通信系統(tǒng)環(huán)路檢測
    天地通信聯(lián)調(diào)上下行話音回路檢查路徑為：話音信息→DDN專網(wǎng)→USB話音終端→USB中頻調(diào)制→小環(huán)接收機→USB話音終端→全態(tài)模擬器數(shù)字話音接口→DDN專網(wǎng)→天地通信指控中心。
    通過上述回路，將來自北京天地通信指控中心的話音數(shù)據(jù)調(diào)制成中頻信號后，通過小環(huán)接收機耦合，解調(diào)后，經(jīng)聯(lián)調(diào)模擬器復(fù)接后，送USB數(shù)傳設(shè)備，并經(jīng)USB系統(tǒng)Q支路，由衛(wèi)通送往北京天地通信指控中心，中心通過接口適配器還原后送保密機解密并監(jiān)聽話音，與發(fā)送話音音質(zhì)比對，可以檢查上下行話音回路傳輸路徑接口和信息匹配情況。如果監(jiān)聽話音正常且音質(zhì)良好，說明上下行話音回路工作正常。
4．2 測控站內(nèi)經(jīng)常性話音通信系統(tǒng)環(huán)路檢測方法
    執(zhí)行神舟任務(wù)前，整個系統(tǒng)進行一次天地通信聯(lián)調(diào)，無法經(jīng)常性檢測我站話音系統(tǒng)的工作情況。需要一種新方法來代替天地通信聯(lián)調(diào)，克服因天地通信聯(lián)調(diào)次數(shù)有限帶來重重困難，確保USB分系統(tǒng)話音鏈路時時刻刻處于正常狀態(tài)。
    經(jīng)常性話音系統(tǒng)鏈路檢查路徑為：USB保密機音源→USB話音終端→USB中頻調(diào)制→小環(huán)接收機→USB話音終端→全態(tài)模擬器數(shù)字話音接口→USB數(shù)傳設(shè)備→解調(diào)收聽，其連接如圖8所示。

    模擬話音經(jīng)話筒到保密機內(nèi)部經(jīng)采樣、量化、編碼，生成標(biāo)準(zhǔn)的上行PCM碼(NRZ—L碼)，同時產(chǎn)生數(shù)據(jù)發(fā)送所需要的時鐘，在話音終端對其進行PSK調(diào)制，小環(huán)返回的話音負載波經(jīng)解調(diào)后生成的PCM碼仍然通過發(fā)射機的對外接口，經(jīng)聯(lián)調(diào)模擬器復(fù)接后，送USB數(shù)傳設(shè)備，并在其Q支路指定位置插入加密數(shù)字話音，然后通過解調(diào)并收聽，如果監(jiān)聽話音正常且音質(zhì)良好，說明話音回路工作正常。
    這種檢測方法容易實施，不需要其他單位配合，可以經(jīng)常性檢查USB分系統(tǒng)話音通信系統(tǒng)工作情況。

5 結(jié)語
    本文通過對USB天地話音通信回路系統(tǒng)組成和信息流程的分析，結(jié)合天地通信聯(lián)調(diào)要求，制定了天地通信聯(lián)調(diào)的操作步驟，提出了USB分系統(tǒng)話音通信系統(tǒng)經(jīng)常性檢測方法，還就聯(lián)調(diào)中可能出現(xiàn)問題進行簡單的分析和總結(jié)，對規(guī)范操作員在USB天地通信聯(lián)調(diào)中操作和確保設(shè)備正常工作有積極的意義。