高頻通信系統(tǒng)失效的研究與分析方法

摘 要：高頻通信是民機通信的一項重要手段，由于其主要通過電離層反射傳播信號，受外界影響因素較多，通信質(zhì)量時好時壞，有時無法判斷是外界因素造成還是系統(tǒng)本身故障。故建立一套完善的高頻通信系統(tǒng)排故與分析方法，對民機高頻通信功能的順利驗證起到至關(guān)重要的作用。

關(guān)鍵詞：民機通信；高頻；通信系統(tǒng)

中圖分類號：TN911.4 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）14-0016-01

1 引言

民機高頻通信系統(tǒng)主要用于飛機的遠距離通信（大于200公里），系統(tǒng)頻段為2到30MHz，其原理是通過電離層對高頻（短波）信號的反射與折射作用來完成通信。

民機高頻通信系統(tǒng)主要由HF收發(fā)機、HF耦合器、饋線以及天線組成，飛行機組人員在駕駛艙通過音頻綜合系統(tǒng)與高頻系統(tǒng)相連進行通信。

2 系統(tǒng)失效現(xiàn)象

高頻通信系統(tǒng)由于其帶寬較窄、電離層變化頻繁等原因而時常出現(xiàn)通信質(zhì)量差、通信突然中斷的問題。

在國產(chǎn)某民機高頻通信系統(tǒng)的審定試驗過程中，出現(xiàn)多個低頻段頻點（高頻通信頻段為2兆-30兆，其中2兆-10兆頻段為低頻段）遠距離通信失敗的現(xiàn)象。此時，駕駛員無法與地面塔臺建立通信。隨后，試驗人員改與北京呼叫中心聯(lián)系，也無法建立通信。至此，目擊該試驗的局方代表表示由于部分頻點未能建立通信，整個高頻通信系統(tǒng)審定試驗無法批準(zhǔn)通過。

3 排故方法

為快速找出高頻遠距離通信失敗的原因。在解決問題的過程中應(yīng)采用故障樹分析方法、機上試驗方法和理論分析方法相組合。以最快的速度定位了問題根源，摸清了高頻遠距離通信的規(guī)律。排故重點工作有故障原因分析、理論分析和機上試驗。從故障原因分析到機上試驗是一個逐步細化篩選迭代的過程。首先需要進行故障原因分析，對可能導(dǎo)致故障的因素進行了篩選；然后根據(jù)分析所得可能導(dǎo)致故障的因素開展機上試驗；經(jīng)試驗驗證出系統(tǒng)設(shè)備工作均正常后，再對高頻通信本身的特性特點進行分析，得出了高頻信號的傳播規(guī)律與頻率計算公式。最后再通過大量的地面試驗、試飛試驗來驗證該公式有效性。

3.1 高頻通信規(guī)律研究分析與頻率計算

高頻信號的電離層反射和吸收高頻信號具有規(guī)律性，可使用頻率的高低與電離層電子密度成正比，故在使用高頻進行遠距離通信時不能從高頻波段內(nèi)任意選用一個頻率。應(yīng)在白天盡量選用高頻段頻點，在夜間盡量選用低頻段頻點。高頻段與低頻段的分界線一般定為10MHz。高頻系統(tǒng)雖然用于越洋或跨國通信，但由于其各頻段特性均不相同且對電離層十分敏感，在大于一定距離通信時必須進行頻率優(yōu)選。

高頻系統(tǒng)在通信中有一個概念即最高可用頻率（MUF）與最低可用頻率（LUF）。MUF不等同于上章所描述的臨界頻率Fc，它與Fc之間的換算公式為：MUF=Fc×sec。表示高頻信號至電離層的入射角。由該公式可以看出，不同通信距離的MUF值也不相同，入射角越大即通信距離越長，MUF值便越大。在已知Fc的情況下和通信距離的情況下，可以推算出該距離下的MUF值。LUF通常被定義為能保證最低所需信噪比的頻率，它和高頻發(fā)射機發(fā)射功率、天線增益、接收機靈敏度有關(guān)。一般高頻通信頻點應(yīng)在MUF和LUF之間選擇才能保證通信質(zhì)量，而將MUF乘以0.85稱為最佳工作頻率（OWF），該頻率可以保證在一個月內(nèi)有90%的概率達到指定的通信地點。

3.2 天線輻射強度檢測

高頻通信系統(tǒng)的天線輻射強度檢測是驗證飛機高頻通信系統(tǒng)工作正常而進行的一項非常重要的試驗。天線檢測不僅檢測其方向圖（輻射強度相對值），同時也應(yīng)測量與天線一定距離下的輻射強度絕對值。通過不同頻點下的輻射絕對值倒推出天線的實際輻射強度，與高頻收發(fā)機的額定發(fā)射功率進行對比，判斷輻射強度是否正常。

3.2.1 測量方法

天線輻射測量布置示意圖見圖1，將接收天線放置在測量位置，利用EMI接收機和計算機進行電場強度的自動掃描測試。

3.2.2 測量說明

測試頻段：2MHz～30MHz；

測試位置：接收天線位于飛機正前方順時針約45度處；

測試距離：距高頻天線至少300m；

測試狀態(tài)：高頻通信發(fā)射狀態(tài)。

3.2.3 主要測試設(shè)備

主要參試設(shè)備如表1所示。

3.3 高頻試驗試飛

經(jīng)由3.1所示的計算方法計算出MUF后，應(yīng)再進行大量的地面試驗、試飛試驗來驗證該頻率有效性，以此判斷高頻通信系統(tǒng)本身是否故障。

4 結(jié)語

本文主要介紹了民機高頻通信系統(tǒng)失效的研究與分析方法，該方法可以極大加快高頻通信系統(tǒng)的功能驗證速度，值得在民機高頻通信系統(tǒng)的驗證過程中使用。

參考文獻

[1]鄔昊慜.對于遠距離高頻通信頻率的選擇與分析[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2011（32）：51-52.