機載甚高頻收發(fā)機激勵技術研究

徐揚

【摘 要】通過對民用飛機機載甚高頻收發(fā)機系統(tǒng)工作原理及接口信號類型和特征的分析，進行了對于機載甚高頻收發(fā)機的激勵技術研究，其目的在于能夠在地面試驗室搭建針對機載甚高頻收發(fā)機的功能測試環(huán)境，滿足通信系統(tǒng)地面試驗需求。

【關鍵詞】甚高頻收發(fā)機；通信；激勵

0 研究背景

隨著我國大型民用客機項目的啟動和開展，許多與民機航空電子系統(tǒng)集成相關的技術需要研究和突破，以使系統(tǒng)研發(fā)集成滿足相應的國際規(guī)范和適航認證要求，從而保證民機系統(tǒng)所特有的高安全性。

甚高頻通信系統(tǒng)激勵技術無疑是那些需要研究的技術之一。民用飛機的通信系統(tǒng)用于飛機與地面電臺或者其他飛機間進行通信聯絡，在飛機內機組人員之間進行通話，以及向旅客傳送話音和娛樂音頻信號。機載甚高頻通信系統(tǒng)是通信系統(tǒng)最主要的組成部分之一，其用于視線距離內的調幅通話聯絡、選擇呼叫聯絡以及包含了機載數據鏈系統(tǒng)的收發(fā)功能。

1 機載甚高頻通信系統(tǒng)概述

甚高頻通信系統(tǒng)能夠提供飛機與地面臺站、飛機與飛機之間進行雙向話音和數據通信聯絡。甚高頻通信系統(tǒng)采用調幅工作方式，其工作的頻率范圍有118.00MHz至151.975MHz，頻道間隔為25kHz，這是國際民航組織規(guī)定的頻率范圍和頻道間隔。甚高頻傳播方式的特點是：由于頻率很高，其表面波衰減很快，距離很近，通信距離限制在視線距內，所以它以空間波傳播方式為主；電波受對流層的影響大，受地形、地物的影響也很大。

2 激勵技術研究

2.1 機載甚高頻收發(fā)機通信信號分析

機載甚高頻收發(fā)機話音通信的主要技術體制為：

1）頻率范圍為117.975～137MHz，頻道間隔為25kHz和8.33kHz兩種；

2）調制方式為雙邊帶調幅：DSB-AM；

3）機載發(fā)射功率為25W或50W；

4）具有選擇呼叫（SELCAL）能力。

機載甚高頻收發(fā)機數據通信的主要技術體制為：ACARS和VDL-2兩種體制。ACARS數據鏈是面向字符的數據鏈系統(tǒng)，采用MSK-AM模擬調制，分別利用1200Hz和2400Hz兩個音頻信號代表邏輯0和邏輯1，使用模擬電臺進行傳輸，信息傳輸的最高速率為2.4kbit/s。VDL-2體制采用D8PSK調制，使用載波偵聽多址訪問（CSMA）接入方式，使用數字電臺進行傳輸，信息傳輸速率可達31.5kbit/s，現已成為ICAO推薦的數據鏈標準之一。

關于載波偵聽，收發(fā)機在發(fā)送數據或語音包之前運行CSMA時，VDL-2接收機可通過能量檢測算法來檢測信道是否空閑，但由于噪聲不是常量，故需要一種噪聲估計方法。信道從忙到空閑的檢測：如果一個接收站持續(xù)5ms接收到信道功率≥-87dB，并且如果接收到的功率<-92dB的時間<1ms，則接收機將以0.9的概率繼續(xù)認為信道繁忙；如果接收到的功率<-92dB的時間<1.5ms，則接收機將以0.9的概率繼續(xù)認為信道空閑；信道從空閑到忙的檢測：當接收到的信道能量≥-90dB且持續(xù)時間>1ms，接收機將以0.9的概率認為信道繁忙。

2.2 VHF話音通信激勵方法

要實現對VHF機載收發(fā)機的激勵，激勵器應與其保持一樣的技術體制，同時應具備選擇呼叫功能。因此，VHF收發(fā)機激勵器就是一個具備SELCAL發(fā)射功能的雙邊帶調幅VHF電臺，其原理如圖1所示。

其工作過程如下：當按下手持式耳機/話筒組的發(fā)送按鈕時，激勵器工作于發(fā)射狀態(tài)，由話音采集單元實現從手持式耳機/話筒組采集語音信號的功能，同時該單元要完成話音的A/D變換，之后在中央處理器的管理下，由DSB調制單元實現數字雙邊帶調幅，再把已調制信號交由D/A變換單元實現數模變換，最后交由功率放大單元進行功率放大。

當未按下手持式耳機/話筒組的發(fā)送按鈕時，激勵器工作于接收狀態(tài)，收/發(fā)切換開關指向接收通路，來自于機載VHF通信設備的DSB調幅射頻信號送入功率調整電路，再送入A/D單元實模數變換，之后在中央處理器的管理下，由DSB解調單元實現雙邊帶話音數字解調，由音頻信號處理單元完成音頻的D/A變換，同時對音頻信號進行功率放大，最后由手持式耳機/話筒組還原出機載端語音信號。

考慮到激勵器與機載VHF收發(fā)機直接相連，需接收其大功率信號，應在激勵器與機載收發(fā)機之間串接大功率射頻衰減器。

2.3 VHF ACARS通信激勵方法

根據ACARS通信技術體制，ACARS數據通信激勵器應是面向字符的采用MSK-AM調制的模擬電臺，其原理如圖2所示。

數據信號發(fā)送時，來自CMU的數據信號對調制頻率產生器進行鍵控，使邏輯0和邏輯1分別控制產生相位連續(xù)的1200Hz和2400Hz兩種調制頻率信號，然后對載頻進行調幅和功率放大，放大后的射頻信號經收發(fā)轉換開關和衰減器后激勵機載通信電臺。

處于接受狀態(tài)時，經衰減后的射頻信號經功率調整后進行包絡檢波，檢波后的信號由1200Hz和2400Hz兩種頻率信號組成，它們分別代表了邏輯0和邏輯1，對這個基帶信號進行鑒頻解調成數字信號后送CMU處理。

足夠衰減量的衰減器是必要的，因為激勵器接受的機載設備發(fā)射信號功率較大并且沒經空中傳輸的衰減。相應地，激勵器發(fā)射信號也要考慮到衰減器因素，事先放大到足夠功率，以使經過衰減器的信號仍能有效落在機載電臺接受靈敏度范圍內。

2.4 VHF VDL-2數據通信激勵方法

根據VDL-2技術體制，機載數據通信激勵器實質上就是一部小功率VDL-2數字式通信電臺，該激勵器需采用載波偵聽技術和D8PSK調制技術，其原理框圖如圖3所示。

如圖所示，激勵器采用直接射頻數字調制和數字解調技術，這樣能有效減少上下變頻等模擬電路，便于采用FPGA和軟件信號處理技術，減小激勵器體積重量，并增加了設計修改和功能升級的靈活性。

當VHF通信激勵器工作于數傳發(fā)射狀態(tài)時，來自于VXI總線接口的數傳常規(guī)信號先送入中央處理單元，由它完成對數傳信號的調度工作，并將數傳信號送入調制單元進行D8PSK數字調制，再把已調制信號交由D/A變換單元實現數模變換，最后交由功率放大單元進行足夠的功率放大，以達到機載VHF通信系統(tǒng)所需功率要求，通過內置30dB衰減器和通信電纜與機載VHF通信系統(tǒng)互聯。

當VHF通信激勵器工作于數傳接收狀態(tài)時，收/發(fā)切換開關指向接收通路，已調數傳射頻信號通過30dB衰減器后送入功率調整電路，然后分成兩路，一路用于載波檢測，檢測結果送中央處理單元分析，完成載波偵聽檢測功能，以確定信道是否空閑；另一路送入A/D單元實模數變換，之后在中央處理單元的管理下，實現D8PSK數字解調，解調后的基帶信號通過中央處理單元送CMU。

3 結束語

通過搭建地面試驗環(huán)境和激勵設備，在地面試驗室進行甚高頻通信系統(tǒng)的功能試驗，能夠大大降低試驗成本，將原本需要通過驗證試飛進行的工作放在地面試驗室進行，利用仿真激勵的技術將那些分布在地面、空中和高空的無線電臺站“搬移”到試驗室內，并能根據需要隨意控制其參數和模式，以實現甚高頻通信系統(tǒng)在試驗室條件下的“飛行”驗證，具有非常重大的現實意義。

【參考文獻】

[1]馬存寶.民機通信導航與雷達[M].西北工業(yè)大學出版社，2004.

[2]樊昌信，等.通信原理[M].國防工業(yè)出版社，2004.

[責任編輯：湯靜]