民用飞机音频信号传输方法研究

民用飞机音频信号传输方法研究摘要：介绍了典型的民用飞机音频信号的传输方式，说明了模拟线路、ARINC429总线和AFDX总线的特点、原理，提出了民用飞机音频信号处理的实现方案，可为民用飞机的音频系统研制提供参考。关键词：民用飞机；音频信号；ARINC429；AFDX中图分类号：V243文献标识码：A文章编号：1007-9416（2017）04-0079-01民用飞机通信按区域划分，分为外部通信和内部通信。对外通信主要是指飞机和地面、飞机与飞机之间的通信，一般由音频管理装置通过数据总线连接收发机对语音进行处理。对内通信主要指飞机内部的通信，如飞行员之间，飞行员与地面之间的通信，该通信则一般由模拟音频线路直接连接音频管理装置进行通信。下面分别对几种常见的传输方式进行说明。1模拟线路近年来，由于航空电子水平的飞速发展，民用飞机上的语音线路越来越多的被数字总线代替。但是耳机麦克风连接音频管理装置的线路，不可避免的还是继续使用模拟线路进行通信。通常一组模拟信号由一个高信号和一个低信号组成，为非平衡信号，即直接由声音信号转化为电信号，或者由电信号直接转化为声音信号输入/输出。在模拟线路中，音频的接地尤为重要，接地可以保证音频设备正常工作，同时也可有效的抑制噪声、防止干扰。在民用飞机音频系统的设计中须采用单端接地，并且是源端接地的方法才可保证音频系统的有效接地。2ARINC429总线飞机上集成了各种电子设备，电磁环境复杂，使用传统的模拟语音线路容易受到干扰，若飞行员因为干扰错过了重要的信息，会导致非常严重的后果。ARINC429总线是美国航空电子工程委员会于1977年7月提出的，是基于Mark33数字信息传输系统（DITS，DigitalInformationTransferSystem）。ARINC429总线结构简单、性能稳定，抗干扰能力强。ARINC429总线的传输速率分为高速和低速两档。高速ARINC429总线的传输速率为100kb/s，低速ARINC429总线的传输速率为12～14.5kb/s。空客和波音在早期的飞机设计中广泛使用高速ARINC429总线来进行语音传输，如A330，B737等，高速的ARINC429可以稳定、高质量的传输语音信号。ARINC429总线规定每个字格式由32位组成：1-8位是标识位，9-10位是源终端识别（SDI），11-29位为数据，30-31位是符号状态矩阵位（SSM），32位是奇偶校验位（P）。若考虑全数据字的情况，去除8比特位、2比特全数据字标识以及1比特奇校验位，传输的有效数据仅32-8-2-1=21比特，考虑高速ARINC429总线能全速工作，连接ARINC429总线两端的CPU能零延迟处理数据，可得出ARINC429总线有效数据传输速度为：100kbps×（21/32）=65.6kb/s，足以对语音数据进行传输。3AFDX总线随着航空电子技术的进一步发展，飞机上传输的数据越来越多，ARINC429总线已经不能满足飞机传输数据的要求了。于是，国际上的主流飞机制造商引入了ARINC664第7分部，AFDX（AvionicsFull-DuplexSwitchedEthernet）总线来传输数据，典型的机型如A380，B787等。AFDX总线主要包含了端系统，交换机和链路。AFDX基于IEEE-802.3以太网技术，采用交?Q式网络，通过增加虚链接和冗余管理，从而保证数据的传输速率，可靠性和确定性，传输速率可达到100Mb/s，并且可以有效地降低电缆重量。在新研的民用飞机中，为了保证语音传输传输速度和可靠性，往往采用AFDX总线来进行传输，将音频管理装置，通信、导航和监视（CNS）都连接到主干网络。虽然，AFDX总线可以解决带宽的问题，但是同时也存在这语音延迟大的问题。所以，在使用AFDX进行语音传输时，必须要解决延迟的问题。常用的AFDX语音算法主要有以下几种：（1）语音端点检测法（VAD），也称无音检测；（2）舒适背景噪声算法（CNG），是用来重构背景噪声的激励信号的算法；（3）自动增益控制算法（AGC），主要作用就是很好的压缩信号的动态范围和平滑背景噪声；（4）自适应噪声抑制算法（ANS），主要是对语音中的噪声就行抑制，从而达到改善话音质量的目的。4结语随着航空总线技术和航空电子设备的不断发展，音频网络化传输成为一种必然趋势。国外空客、波音已广泛的使用AFDX总线来进行语音传输。我们必须跟上国际上的先进技术。参考文献[1]王洪涛.民用机载音频系统模拟器的研究及实现[D].成都：电子科技大学，2011：3-4.[2]卢官明.数字音频原理及应用[M].北京：机械工业出版社，2004：4-12.[3]寿国础.网络音频传输系统设计与实现[D].北京邮电大学硕士学位论文，2008.[4]谭钢.基于AFDX的机载数字音频系统设计与实现[D].成都：电子科技大学，2013，3.