民航西藏地區(qū)甚高頻通信現(xiàn)狀及應(yīng)用

摘 要 本文主要說明西藏地區(qū)民航空管地空語音通信的現(xiàn)狀、未來的建設(shè)和使用中需關(guān)注的幾個(gè)問題，并結(jié)合成都-拉薩航路ADS-B及甚高頻通信系統(tǒng)建設(shè)工程，說明西藏地區(qū)建設(shè)甚高頻遙控通信系統(tǒng)的特點(diǎn)，以期對(duì)后續(xù)西藏地區(qū)甚高頻建設(shè)提供借鑒作用。

關(guān)鍵詞 短波通信；甚高頻通信；甚高頻覆蓋；選址

中圖分類號(hào) TN914 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1673-9671-(2012)062-0158-02

民航西藏區(qū)局負(fù)責(zé)管理西藏自治區(qū)內(nèi)的民航運(yùn)輸航線。由于西藏地區(qū)經(jīng)濟(jì)較為落后，在供電、傳輸?shù)确矫婢哂幸欢ǖ木窒扌?；同時(shí)西藏地區(qū)地理環(huán)境非常惡劣，對(duì)甚高頻臺(tái)站的選點(diǎn)和覆蓋造成較大影響。

本文根據(jù)西藏地區(qū)地空語音通信的歷史、現(xiàn)狀，結(jié)合作者工作實(shí)際，提出未來地空語音通信系統(tǒng)在西藏的發(fā)展趨勢(shì)，供大家參考。

1 大型區(qū)域管制中心甚高頻通信的應(yīng)用

1.1 甚高頻地空語音通信的特點(diǎn)

甚高頻通信是目前民航空管使用的主要手段，其優(yōu)點(diǎn)是性能穩(wěn)定，不易受外界環(huán)境的干擾，缺點(diǎn)是與短波和衛(wèi)星電話相比，單個(gè)臺(tái)站信號(hào)覆蓋范圍較小，同時(shí)頻點(diǎn)資源比較緊張。

甚高頻通信采用振幅調(diào)制方式，民航可使用的頻段范圍為

118 M～136 M，信道間隔為25 K/8.33 K，傳播方式為直線視距傳輸，工作方式為半雙工。目前，空管使用甚高頻設(shè)備有兩種方式：?jiǎn)螜C(jī)方式和共用系統(tǒng)方式。

單機(jī)工作方式主要應(yīng)用于小型機(jī)場(chǎng)，即只有塔臺(tái)指揮任務(wù)的管制部門。對(duì)于大型區(qū)域管制中心，一般均采用共用系統(tǒng)方式。其優(yōu)點(diǎn)是集成度高，信道容量較大，便于系統(tǒng)的維護(hù)。

1.2 大型區(qū)域管制中心甚高頻系統(tǒng)應(yīng)用方式

在大型區(qū)域管制中心，甚高頻通信由于受覆蓋范圍的影響，一般采用遙控方式，建設(shè)多個(gè)臺(tái)站，實(shí)現(xiàn)全區(qū)域的覆蓋。

甚高頻遙控通信系統(tǒng)一般由遠(yuǎn)端甚高頻設(shè)備、遠(yuǎn)端傳輸設(shè)備、傳輸鏈路、中心站傳輸設(shè)備等幾部分組成。為提高系統(tǒng)可靠性，所有的部分均采用主備冗余配置，在傳輸鏈路方面，標(biāo)準(zhǔn)配置為“2地1空”，但受實(shí)際條件的限制，工程建設(shè)中多采用1條地面線路+1條衛(wèi)星線路的模式。

1.3 甚高頻遙控通信系統(tǒng)建設(shè)中需注意的幾個(gè)問題

為保證地空語音通信的連續(xù)順暢，一般要求甚高頻的覆蓋是連續(xù)的，多重的，由此將帶來一些相應(yīng)的干擾問題。對(duì)這些問題的研究和實(shí)施相應(yīng)的解決措施，可提高甚高頻系統(tǒng)的可用性，更好的滿足管制部門的需要。

1.3.1 同頻干擾問題

當(dāng)兩個(gè)有重疊覆蓋區(qū)域的甚高頻臺(tái)站在同時(shí)發(fā)射時(shí)，飛機(jī)會(huì)收到兩個(gè)臺(tái)站的信號(hào)。由于這兩個(gè)臺(tái)站的載頻存在一定的頻率偏差，飛機(jī)的接收機(jī)對(duì)這兩個(gè)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)時(shí)，載波的頻率差會(huì)形成噪音，干擾正常通話。

同頻干擾產(chǎn)生的原因有兩個(gè)，一是甚高頻電臺(tái)本身的載波頻率偏差（一般由電臺(tái)的頻率穩(wěn)定度指標(biāo)說明），二是由于飛機(jī)的高速運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的多普勒效應(yīng)，形成載波頻率的偏移。解決同頻干擾最簡(jiǎn)單的辦法是對(duì)不同臺(tái)站的同頻電臺(tái)設(shè)置頻偏，通過設(shè)置合適的頻偏，保證機(jī)載接收機(jī)解調(diào)的載波頻率差不會(huì)落在音頻范圍內(nèi)。通過相關(guān)的試驗(yàn)驗(yàn)證，頻偏設(shè)置建設(shè)遵循以下兩個(gè)原則。

1）頻偏設(shè)置越大效果越好，建議在7.5 K以上。

2）盡量避免4個(gè)以上（含4個(gè)）的臺(tái)站覆蓋同一區(qū)域的情況。

1.3.2 相位抵消問題

當(dāng)多個(gè)臺(tái)站覆蓋同一區(qū)域時(shí)，由于飛機(jī)位置的不同，收到不同臺(tái)站的信號(hào)存在一個(gè)時(shí)間差。解調(diào)后的時(shí)間差會(huì)轉(zhuǎn)換為相位差，在一定條件下，會(huì)出現(xiàn)音頻信號(hào)完全反相從而被抵消的情況，具體表現(xiàn)為飛行員反應(yīng)在某些固定區(qū)域內(nèi)聲音信號(hào)斷斷續(xù)續(xù)。

通過相關(guān)的理論計(jì)算，解決相位抵消的方法是嚴(yán)格控制各臺(tái)站的發(fā)射時(shí)間差，國(guó)際上通用的時(shí)間差設(shè)置一般為2 ms。

2 西藏地區(qū)地空語音通信的現(xiàn)狀

由于受歷史原因和地理環(huán)境的影響，西藏地區(qū)民航的地空語音通信以短波系統(tǒng)為主，在條件具備的地方（例如機(jī)場(chǎng)）則采用甚高頻通信。其中，短波臺(tái)采用的是ROCKWELL COLLINS公司RT2200高頻收發(fā)系統(tǒng)。高空管制時(shí)，一般使用高頻短波系統(tǒng)為航班提供地空通信服務(wù)，低空或近近管制時(shí)，使用甚高頻提供服務(wù)。

2.1 現(xiàn)有系統(tǒng)存在的問題

2.1.1 高頻短波通信效果較差

短波通信的基本原理是通過電離層反射實(shí)現(xiàn)大范圍的覆蓋，受西藏地區(qū)自然條件惡劣的影響，短波通信的效果很差，背景噪音比較明顯，且通話質(zhì)量不能得到保證；同時(shí)在越界區(qū)域還存在通信盲區(qū)的情況。

2.1.2 甚高頻覆蓋能力不夠

在沒有實(shí)施成拉航路通信監(jiān)視工程建設(shè)之前，僅有拉薩機(jī)場(chǎng)有甚高頻系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)200公里左右的甚高頻覆蓋，相較于成拉航路1200公里的距離，覆蓋能力不能滿足飛行管制和沖突調(diào)配的要求。在完成成都-拉薩航路通信監(jiān)視工程一期建設(shè)后，成拉航路的甚高頻覆蓋有了較大的提高，但由于客觀條件的影響，仍存在通信盲區(qū)（林芝附近）和保障能力差的情況。

2.2 面臨問題的分析

近幾年來，被譽(yù)為“空中金橋”的成都—拉薩航線作為空中進(jìn)出藏的主要通道，承擔(dān)95%以上進(jìn)出藏的飛行任務(wù)，而高原飛行難度大，加上無民用對(duì)空監(jiān)視雷達(dá)。依靠短波（HF）通信和部分航段甚高頻（VHF）通信組成的成都—拉薩航線現(xiàn)有地空通信系統(tǒng)，已無法滿足飛行流量的快速增長(zhǎng)，存在安全隱患，成為制約西藏民航事業(yè)又好又快發(fā)展的因素之一。

針對(duì)這一現(xiàn)狀，結(jié)合民航空管的發(fā)展趨勢(shì)，大力發(fā)展以甚高頻通信為核心的地空語音通信，將是提高西藏地區(qū)民航空管管制能力的關(guān)鍵。主要包括提高現(xiàn)有甚高頻系統(tǒng)的保障能力，加快甚高頻遙控通信系統(tǒng)的建設(shè)步伐，力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)的多重覆蓋能力。

3 西藏地區(qū)甚高頻通信系統(tǒng)應(yīng)用中的幾個(gè)關(guān)注點(diǎn)

甚高頻通信系統(tǒng)在民航空管領(lǐng)域已得到廣泛的應(yīng)用，是空管地空語音通信的首要手段。由于西藏地區(qū)特殊的社會(huì)現(xiàn)狀、地理環(huán)境和氣候條件，在西藏地區(qū)進(jìn)行甚高頻系統(tǒng)建設(shè)和使用時(shí)，需進(jìn)行一些完善和補(bǔ)充工作，本章節(jié)即針對(duì)甚高頻系統(tǒng)在西藏地區(qū)應(yīng)用時(shí)需關(guān)注的一些環(huán)節(jié)和問題進(jìn)行說明。

3.1 供電問題

由于西藏地區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施比較薄弱，而為了保證覆蓋效果，部分甚高頻臺(tái)站必須建在比較偏遠(yuǎn)的地方，由此帶來國(guó)家電網(wǎng)供電能力保障差的問題。結(jié)合西藏地區(qū)特有的自然環(huán)境，可采用新能源供電方式，即利用有利的自然條件，建設(shè)風(fēng)能/光能等新能源供電系統(tǒng)。目前，該項(xiàng)技術(shù)已比較成熟，且在電信、軍方等單位得到了廣泛的應(yīng)用，特別在我國(guó)西部地區(qū)，均有成功應(yīng)用的案例。

一個(gè)典型的風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)由風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電、電源控制、蓄電池、逆變器等部分組成。根據(jù)各地國(guó)家電網(wǎng)的供電能力，可設(shè)計(jì)為優(yōu)先使用新能源供電或者優(yōu)先使用電網(wǎng)供電，并可根據(jù)需要提供交流輸出、直流輸出或者同時(shí)提供交直流。

3.2 傳輸問題

信號(hào)傳輸是保證系統(tǒng)正常工作的重要組成部分。根據(jù)民航相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)要求和工程實(shí)踐，對(duì)甚高頻信號(hào)傳輸?shù)幕疽笫侵辽?套獨(dú)立的傳輸設(shè)備和獨(dú)立的傳輸路由，一般是1路地面（專線）1路空中（民航衛(wèi)星）。對(duì)于部分臺(tái)站，不具備建設(shè)衛(wèi)星地面的條件時(shí)，可考慮2條地面線路，例如分別租用電信和聯(lián)通的2 M專線。

3.3 信號(hào)覆蓋

西藏地區(qū)的航線均比較長(zhǎng)，且位于青藏高原中心地帶，高山阻擋情況比較普遍，導(dǎo)致甚高頻臺(tái)站的選址比較困難。根據(jù)這一現(xiàn)狀，可在西藏地區(qū)采用高增益定向天線的方式，提高單個(gè)臺(tái)站的覆蓋范圍，減少臺(tái)站的數(shù)量。

甚高頻信號(hào)在空間的傳輸方式為“視距傳輸”，實(shí)際的傳輸距離由于受地球曲率半徑和空氣中大氣折射率的影響，會(huì)大于“視距”的距離。在理想情況下，電磁波在自由空間的傳輸損耗計(jì)算公式為：

L(dB)＝32.45＋20 log f＋20 log d

從上述公式可以看出，傳輸損耗只與傳輸距離有關(guān)系。距離在一定范圍內(nèi)（即距離較近時(shí)），對(duì)損耗的影響非常明顯；而當(dāng)距離超過一定的范圍后，損耗值基本為一個(gè)固定值，此時(shí)即使距離增大一倍，損耗也僅增加6 dB。

實(shí)際工作環(huán)境中，在較近的距離范圍內(nèi)，自由空間傳輸損耗起主要作用；超過一定范圍后，由于地形、地球參數(shù)等造成的附加損耗將對(duì)電磁波的傳輸損耗起主要作用。因此，甚高頻信號(hào)所能覆蓋的最大范圍將取決于信號(hào)的輻射功率、收發(fā)天線高度、自由空間損耗和附加損耗等因素。

當(dāng)天線高度確定后，自由空間損耗和附加損耗是不可控的因素，唯一的辦法是增加信號(hào)的輻射功率。由于發(fā)射機(jī)的發(fā)射功率能提高的范圍有限，因此較好的辦法提高天線增益。目前，全向天線的增益最大不超過6 dB，對(duì)作用距離的影響有限，而采用高增益定向天線，則可將天線增益提高到15 dB～18 dB左右，最大作用距離可達(dá)到650公里左右。

4 結(jié)束語

本文結(jié)合工作實(shí)際，說明了西藏地區(qū)地空語音通信的現(xiàn)狀，分析了目前存在的問題，并提出了未來在西藏地區(qū)進(jìn)行甚高頻建設(shè)需關(guān)注的一些問題，為后續(xù)的系統(tǒng)建設(shè)和維護(hù)使用提供一些作者的拙見，供廣大讀者參考。

參考文獻(xiàn)

[1]葉舟.中國(guó)民航發(fā)展與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)關(guān)系的統(tǒng)計(jì)研究[D].天津:天津大學(xué)，2005.