[航天测控通信系统多业务传送设备（ＳＭＳＴＰ）技术]航天九院13所 通信系统事业部

　　航天测控通信系统是完成运载火箭、航天器跟踪测轨、遥测信号接收与处理、遥控信号发送任务的综合电子系统，包括指挥通信、数据传输、天地通信、时间同步、实况电视监视及传输、语音通信、帧中继交换等子系统。由于地球曲率的影响，以无线电微波传播为基础的测控系统，用一个地点的地面站不可能实现对运载火箭，航天器进行全航程观测，需要用分布在不同地点的多个地面站“接力”连接才能完成测控任务。因此，如何实现测控通信系统的数据、图像、电视和电话等信息的互连互通，是关系航天任务成败的关键所在。
　　
　　功能模型及关键技术
　　
　　1　SMSTP功能模型
　　航天测控通信系统多业务传送设备(SMSTP)是基于测控通信系统特点而设计的，可实现多种业务传送的设备。它集成了DXC和IP边缘路由交换功能，可以同时实现TDM、ATM、以太网等业务接入处理和传送，并提供统一的网管，其功能框图如图1所示。这种设备的关键特征为：以太网业务适配到MPLS层，然后映射到SDH通道中传选也可以将以太网业务适配到MPLS层，然后映射到RPR层，最后映射到SDH通道中传送。
　　
　　2　SMSTP关键技术
　　SMSTP的关键技术有封装方式、级联方式、LCAS功能、二层交换和对ATM的支持等。GFP封装能提高数据封装的效率，多物理端口复用到同一通道减少了对带宽的需求，支持点对点和环网结构，并实现不同厂家间的数据业务互连。VC虚级联实现了带宽动态调整以及业务带宽和SDH虚容器之间的适配，能比连续级联更好地利用SDH链路带宽，提高了传送效率，并大大简化了网管配置难度。LCAS可以根据业务流量对所分配的虚容器带宽进行动态调整，极大提高了以太网透传业务的可靠性和带宽利用率，而且在这个调整过程中不会对数据传送性能造成影响。
　　
　　系统设备实现
　　
　　1　硬件模块设计
　　航天测控通信系统多业务传送设备(SMSTP)的主要作用是将多种数字信号复用成高速数字信号，再逆向进行相应的解复用，并提供集中的系统监控、公务电话等功能。该设备具有多业务支持能力，在实际应用中既可以配置作传输复用器件设备，也可配置作分插复用器。其提供了E1、E3、STM-1、100M以太网、千兆以太网接口，可以将上述各种支路信号复用成STM-16速率等级的线路信号。系统内部能完成用户端口信号的复用、解复用，VC的映射和开销的处理。结合综合网管系统，提供对各单元的配置、控制和性能监视功能，在STM-16线路端还提供1+1线路保护。各功能盘间的信号关系模块如图2所示。
　　
　　当工作于分插复用方式时，HDB3编码的准同步E1信号在E1支路处理盘经C-12－VC-12－TU-12异步映射和指针处理后，再经TUG-2一TUG3复用，送入东侧OHT／OLT盘。每块E1支路处理盘对应一个TUG-3，提供21个E1接口。送入东侧OHT／OLT盘的3个TUG-3经VC-4－AU-4－AUG复用及指针和开销处理形成STM－1，扰码后驱动光发送模块，形成155Mb／s光信号，通过光缆传输至对端设备的西侧OHT／OLT盘。
　　来自西侧的STM-1光信号由西侧OHT／OLT盘进行帧定位、去扰码、指针处理后解复用至TUG-3，送至E1支路处理盘还原成E1信号送出。不在本节点分插的TU G－3直接由西侧OHT／OLT盘送入东侧OHT／OLT盘，其中含有需要在本地分插的E1信道的TUG-3。其中，不在本节点分插的El信道则在E1支路处理盘内通过TU-12直接转接，来自东侧的STM-1光信号则经东侧OHT／OLT盘处理形成TUG-3后直接转送西侧OHT／OLT盘。当设备工作于终端复用器方式时，E1支路处理盘只与某一侧的OHT／OLT盘进行TUG-3信号交换。
　　
　　数据业务的接入和传输占用1个TUG-3，支持100M以太网，提供50M带宽，可支持数据的单播和组播。时钟盘为设备提供工作时钟，时钟源可来自外部2MHz时钟、STM-1线路时钟，指定E1支路的提取时钟或设备内部振荡源，并按设定的优先级自动切换，监控盘实现对机箱内各功能盘的实时监控，并对运行状态进行设，公务盘提供公务通信，电源盘提供机内电源(可热备)。
　　
　　2　设备配置设计
　　设备的主要功能单元包括：OHT／OLT开销处理／光终端盘、E1TP支路处理盘、EHT以太网数据盘、SV监控盘、CLK定时盘、OW公务盘、PWR电源盘等(见图3)。
　　
　　按应用方式可设计成中继型设备或终端型设备。其中，中继型设备用于链形网中继机和环形自愈网节点机，而终端型设备则可用作链形网(包括点对点连接)的终端机。终端型分为始端型(H)和末端型(T)。终端机与中继机的差异在于．终端机只配备一块OHT／OLT盘，而中继机则需要配备两块。如增添一块OHT／OLT盘即可将终端机改变成中继机，这一结构适合于网络的分阶段建设与延伸。
　　
　　3　以太网数据业务
　　光纤传输设备通过选配ETH数据盘提供以太网数据业务。ETH数据盘完成以太网到SDH的适配，通过将以太网数据适配到一个TUG3上实现以太网在STM-1上的传输。ETH数据盘不仅是一个接入设备，而且能够实现路由选择，MAC地址学习等网络功能，支持数据的单播和组播，因而可以方便的组成各种以太网，具有很好的网络性能。
　　
　　4　数据通道
　　光纤传输网在提供网元间透明传输信道的同时，还可提供两条数据通道。根据需要，可以配置为64kb／s同步数字通道，或波特率不大于9.6k的异步数据通道。64kb／s信道采用V.35接口，异步
　　
　　最薄的MEMS三轴加速度计
　　
　　这种全球最薄的加速计MMA7450L采用0.8mm的塑料矩栅阵列(LGA)封装，体积比以前的产品小77％。MMA7450L是为了简化微处理器和微控制器(MCU)的集成而设计的。MMA7450L可以在IzC和SPI界面总线上通信，数字输出功能可简化与MeU或微处理器的通信。它消除了对专用模数转换器的需要，使传感器可以和其他器件共享界面，从而进一步节约小型系统的空间。MMA7450L可实现多种基于移动的功能，如倾斜滚动(tiltscrolling)、游戏控制、按键静音(tapto mute)和自由落体硬盘驱动保护。
　　除了提供机载数字输出外，MMA7450L还提供一系列嵌入特性，如阈值和脉冲或单击检测，可实现快速移动检测以及偏移校准，从而降低了对外部存储器的需求。MMA7450L可实现3个加速度灵敏度(2g、4g、8g)选择，这使设计人员可以灵活地选择特定应用所需的重力检测水平。MMA7450L是需 要快速响应时间、高灵敏度、低电流、低电压运行和小封装待机模式的便携式消费电子产品的理想解决方案。
　　Freescale Semiconductor
　　电话：800-990-8188
　　http：／／www．freescale.省略
　　
　　低重力三轴加速计
　　
　　MMA 7360L、MMA7340L和MMA7330L三轴加速计具有1.5g／6g(MMA7360L)、3g／12g(MMA7340L)和4g／16g(MMA7330L)的可选敏感度。MMA73x0L模拟输出传感器采用3ram×5mm×lmm的基板栅格阵列(LGA)封装。对移动和倾斜的微小变化的敏感性使MMA73xoL传感器非常适合用于移动和3D游戏产品。多轴敏感性的提高及全运动范围特性使移动和游戏用户能对滚动、飞行、驾驶及执行其他快速响应时的非常细微的移动做出极其精确的响应。
　　利用MMA73x0L传感器的支持技术，用户能在其笔记本电脑、PDA和MP3播放器不慎掉落时更好地保护磁盘驱动器。当所有三个轴都处于零重力状态时，零重力检测功能就提供一个逻辑中断信号。三轴加速计的先进移动感应功能可以检测到设备的跌落时间，并采取相应措施，防止敏感电子组件遭到损坏。MMA73xoL传感器还能提供旨在保护笔记本电脑的防盗应用支持技术。笔记本电脑安全系统内的加速计可用于检测异常移动，并发出警报声。
　　Freescale Semiconductor
　　电话：800-990-8188
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　　多轴运动传感器
　　
　　ADIS 16355是一款多轴运动传感器，它将陀螺仪与加速度计相结合，以测量所有6自由度；X、Y与Z轴的线性运动以及沿着X、Y与z轴的旋转运动。可提供6自由度运动感知、嵌入式校准与传感器处理以及传感器一传感器交叉补偿，并大大提高信号稳定性(使用偏移稳定性为0.015／s)，体积小于1立方英寸。同其他现成惯性传感器相比，ADISl6355传感器精度提高50倍。其他集成度较低的传感器要求设计人员在多个轴进行复杂、高成本、费时的运动测试与校准，然后才能确保器件能够提供精确与稳定的反馈。ADISl6355传感器经过全面的工厂校准，具有简单可编程接口，确保产品具有高精度而且开箱即可进行集成。
　　ADI
　　电话：800-810-1742
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　　便携设备用双轴模拟加速计
　　
　　该超小型“低g”线性加速计LIS244AL功耗极低，特别适合电池供电的便携应用，如手机、便携多媒体播放器或遥控器。该产品集成了一个可靠的双轴MEMS加速计传感器和一个CMOS接口芯片，该接口芯片提供两个同步实时模拟输出：一个是侧向(横向)运动输出信号，另一个是前后(纵向)运动输出信号。该加速计采用一个低价的4mm×4mm×1.5mm塑料封装，可安装在各种空间受限制的应用设备中，超级紧凑的设计使其抗撞击能力高达10kg。可提供+／-2.0g的全量程输出。用户利用芯片内置的自动测试功能可以验证芯片的机械和电子组件工作是否正常，该产品符合RoHS规范。
　　STMicroelectronics
　　电话：010-5984-6288
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　　低功耗MEMS 3轴加速计
　　
　　LIS302ALK可以提供三个轴(x、y、z)的加速值。这个传感器采用5mm×3mm×0．9ram塑料封装，可安装在各种空间受限制的应用设备中，超级紧凑的设计使其抗撞击能力在0.1ms内高达10kg。该传感器的全程输出范围±2.0g，适用于功耗极低的低频振动监测。该产品集成一个电源电流达到1uA的关断模式，传感器安装在电路板后，利用内置自检测功能，客户可以检验传感器工作是否正常。
　　STMicroelectronics
　　电话：010-5984-6288
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　　测量范围高达25basr的压力传感器
　　
　　该传感器用于测量绝对和相对压力，测量范围为100mbar～25bar之间。在全刻度范围内，典型直线误差为0.1％。压力传感器在出厂前已经过校准和温度补偿。
　　该传感器系统使用坚固的不锈钢外壳，带1／8英寸阳螺纹。根据具体型号不同，符合IP54、IP65或IP68保护等级的要求。亦可提供无外壳型产品，其保护等级为IP00，采用M5或M6阳螺纹。标准型产品可提供跟压力成比例的输出，范围包括0.5-4.5V、1.0-9.0V和4-20mA。其他由客户指定的输出值也可以提供。
　　EPCOS
　　电话：010-6515-7854
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　　高敏感度的低成本通用加速计
　　
　　788A是一种低成本通用加速仪，敏感度达100mV／g，公差为10％。788A为单轴传感器，具有按条件监测和预测维护程序，性价比高，加速范围为土50g，适合监视风扇、电机、泵、吹风机、压缩机、冷却器、变速箱和混频器等设备的振动。
　　该器件的频响高达10kHz，可辨识故障和不正确的操作。100Hz时典型噪-声为4ug。工作温度范围在50℃～120℃之间，它还具有屏蔽、接地隔离、真空密封等特性。
　　Wilcoxon Research
　　电话：001-301-330-881 1
　　httD：／／www.省略
　　
　　新型指纹传感器
　　
　　AT77C 102B完全兼容其前代产品AT77C101B，但传感灵敏度却是前身的两倍。利用高性能的热技术，AT77C 102B FingerChip传感器在硅片上使用改善的热感层。这一改善提高了该传感器所承受的最高温度，从而实现新的连接能力。FingerChip产品系列是使用触击传感器工艺的高性能硅热技术CMOS指纹传感器，可用于嵌入式应用。即使遇到潮湿、干燥或有磨损的指纹，FingerChip传感器也能提供高质量的图像。它的传感范围为0.4mm×14ram，分辨率为500dpi，使用载芯片板(Chip-On-Board)封装，从而使得整合更为容易。该传感器的保护层确保了优秀的可靠性、机械强度(400万次以上的触击)以及各种操作环境(-40℃～85℃)。AT77C102B能在很低的功耗下操作(图像采集仅需要5mA、待机模式低于10uA)，这对于使用电池的设备和嵌入式应用来说非常重要。FingerChip传感器提供超小尺寸和最小 的传感面积，从而满足生物识别安全应用的需要。AT77C102B在极端温度、高湿度、灰尘、油和水污染等恶劣环境条件下也能很好地工作，适合物理访问控制、销售点、存储设备的USB生物识别读写器和PC附件等众多高级应用。
　　Atmel
　　电话：021-6280-9234
　　http：／／
　　
　　集成温度传感器
　　
　　LM94022是一种模拟输出的集成温度传感器，主要应用于手机、无线收发器、电池管理、汽车、办公室设备及家用电器等。该传感器主要特点包括工作电压低，可在1.5V电压下工作，工作电压范围宽：1.5～5.5V；末级为推挽输出，有土50uA输出电流的能力；有四种灵敏度供用户选择；测量范围为一50～+150℃；静态电流低，典型值为5.4 u A；精度(与测量范围有关)：20-40℃为±1.5℃；-70-50℃为±1.8℃I－50～90℃为±2.1℃，－50～150℃为±2.7℃；采用小尺寸So70封装。
　　National Semiconductor
　　电话：021-5206-2288
　　http：／／www.省略通道采用RS232或RS485接口，通道分配由监控软件设置。数据通道可设置成点对点型、广播型或总线型。点对点型可以为网络上任意节点之间提供全双工通信，但是两条数据信道只能为两对节点提供这种点对点通信。广播型设置则可以实现一点到多点的单工广播型通信，总线型设置允许在一条数据信道上任意节点向其他节点发送数据，前提条件是1)参加通信的各方采用某种可以保证任意时刻最多只有一个节点发送数据的链路层协议；2)闲节点发送高电平。
　　
　　5　公务电话
　　通过STM-1帧结构中的E1开销字节提供一条公务电话线路。每端设备配备公务话机一台，可为网上的各节点提供公务联络，能设置成热线方式或拨号呼叫方式。在热线方式下，任何一节点摘机，设置成热线方式的各节点均振铃，采用拨号呼叫时，话机必须工作于双音多频(DTMF)方式，可实现点对点、点对多点、点对群和点对全线的选择性呼叫。当三方以上参与通话时，进入公务会议电话方式。
　　
　　网管软件监控设计
　　
　　网络监控的对象为整个子网，监控内容包括信道分配、误码监视、网关监控等。
　　
　　1　信道分配
　　图4为一个具有三个节点的环形或链形网的信道分配表，表中显示了主站支路盘A与另外两个节点之间通过TUG-3-1进行交叉连接的分配。例如，主站(节点0)的A01端口通过TUG-3-1的CH01通道与节点l的A01端口互连，主站的A1l端口则通过TUG-3-l的CHll通道与节点2的A01端口互连。依此类推，站甲和站乙中尚未分配的端口则可经其他TUG-3继续分配。交叉连接设置表中的每一列对应网络上的一个节点，表的大小随网络节点数自动变化。当节点数较多，无法在窗口内完全显示时，可利用窗口上方的水平滚动条。每个节点以卡片索引方式用字母A、B、C标出该节点的E1支路处理盘E1TP配备情况。局端型设备可配置1～3块I型E1TP盘，每盘对应21个El物理接口，用At～A21，B1～B21，C1～C21表示。远端型设备可配置一块II型E1TP盘，或一块以上I型E1TP盘，每块盘对应21个E1物理接口，用A1～A21(Bl～B21，C1～C21)表示。
　　
　　2　误码监视
　　为了对网络的运行状态有全局的了解，误码监视是作为网络监控命令使用的。通过此命令，可以方便地发现出现误码的光纤段。
　　
　　3　监控网关设定
　　监控网关是指为另一个子网传递监控命令的网元，通常与另一个子网的主控节点在同一机房。网关的设定取决于网络的结构，通常在网络建设或扩容时由承建厂商实施。但是作为网关节点的网元需要保存相关的路由表。在更换监控盘时，要重新将路由表下载到各个网关节点。
　　
　　4　网元监控
　　网元监控的对象为构成网络节点的设备，监控内容分为两类，即设备设置和单元盘监控。设备设置包括节点地址设定和信息查询等，通过与节点设备直接相连的RS232接口实施，单元盘监控的对象是具体的单元盘，监控内容因盘而异。