民航空管高頻話音通信系統(tǒng)建設(shè)研究

王小武

摘 要：在民用航空領(lǐng)域，及時可靠的通信是飛行安全和航班正常運營的最基本保障之一?！笆晃濉奔啊笆濉逼陂g，民航建設(shè)了大量的甚高頻地面話音通信臺，以促使我國東部地區(qū)及西部大部分地區(qū)甚高頻信號覆蓋日趨完善。但在山區(qū)、荒漠、洋區(qū)等特殊地域，地理條件的限制給甚高頻地面話音通信臺建設(shè)制造了很大的困難，管制部門以及其他部門需要的連續(xù)甚高頻地空話音通信無法完全實現(xiàn)，地空通信還需要依靠高頻話音通信臺站輔助完成。文章對當前國內(nèi)高頻話音通信使用需求進行了分析，并結(jié)合實際，提出一套高頻話音通信系統(tǒng)建設(shè)方案。

關(guān)鍵詞：空管；高頻；通信系統(tǒng)；建設(shè)方案

1 國內(nèi)使用需求

1.1 空管保障

通過對各地區(qū)高頻設(shè)備使用情況進行調(diào)研，空管系統(tǒng)高頻話音通信現(xiàn)階段業(yè)務(wù)需求主要包含以下方面。

（1）西部高原、荒漠和海洋區(qū)域地空通信的需要。我國西部高原、荒漠地區(qū)，地廣人稀，自然環(huán)境惡劣，極大程度限制了甚高頻（Very High Frequency，VHF）地空通信臺站的建設(shè)。在多方的共同努力下，大部區(qū)域也僅滿足甚高頻單重覆蓋，個別航路航線仍存在覆蓋盲區(qū)，海洋區(qū)域也存在類似困難。因此，部分地區(qū)仍需依靠高頻（High Frequency，HF）話音通信技術(shù)實現(xiàn)有效的地空通信覆蓋，以滿足管制指揮主用、備用或應(yīng)急需求，提升地空通信保障的可靠性。

（2）高頻氣象通播需求。廣州地區(qū)、長江以北區(qū)域仍然存在氣象通播服務(wù)。

（3）專機保障。部分地區(qū)配置專機保障通信信道，作為專機守聽通信，提升專機保障通信可靠性。

（4）除甚高頻通信外的應(yīng)急通信需要。在“5·12”汶川地震、“4·14”玉樹地震等特殊時期，和民航甚高頻頻段內(nèi)頻率大范圍受到外界干擾等特殊情況下，高頻通信具有對甚高頻話音通信外的應(yīng)急需求價值，以提高空中交通管制的服務(wù)質(zhì)量和安全可靠性。

1.2 航空公司航務(wù)管理通信

航空公司地空通信在國內(nèi)外飛行中均有極大的需求。目前，航空公司使用衛(wèi)星電話、甚高頻通信及高頻通信，但由于衛(wèi)星電話費用相對較高、航空公司自身不具備大規(guī)模建設(shè)甚高頻通信臺站的能力等因素，高頻地空通信依然存在一定的應(yīng)用價值。

1.3 通航保障

隨著我國通用航空事業(yè)的可預(yù)期快速發(fā)展，中低空領(lǐng)域的空管指揮通信將會變得越來越重要。但由于甚高頻通信對中低空領(lǐng)域的覆蓋有其先天局限性，尤其是在森林、山地等地形復(fù)雜的地區(qū)，甚高頻通信往往無法覆蓋有效的空管指揮空域。在此情形下，高頻通信是對甚高頻通信的有效補充。

2 民航高頻話音通信系統(tǒng)建設(shè)方案

民航空管高頻話音通信系統(tǒng)建設(shè)應(yīng)以上述使用需求及未來發(fā)展需求為主導(dǎo)，在充分利用現(xiàn)有資源基礎(chǔ)上，規(guī)劃能夠覆蓋整個中國的高頻話音通信網(wǎng)，保證全國7個地區(qū)空管局及下屬分局（站）能夠按照優(yōu)先級別通過網(wǎng)絡(luò)適時地進行通信，保證在任何突發(fā)事件情況下，都能夠提供及時、有效地空中交通管理通信服務(wù)，以保障特殊條件下的空管安全[1]。具體建設(shè)方案如下。

2.1 高頻通信臺站的選擇

2.1.1 組網(wǎng)原則

高頻通信臺站的選擇主要取決于覆蓋距離、天線的選擇、電臺功率和頻率選擇。由于機載電臺功率小，天線效率低，需要對地面固定臺站進行優(yōu)化設(shè)計，提高電臺發(fā)射功率以及收發(fā)天線的性能，達到有效通信的目的。在保證高效實用的原則下，可在7個地區(qū)空管局中選擇有代表性和樞紐性的幾個臺站作為高頻話音通信臺站的臺址。

2.1.2 高頻臺站的組網(wǎng)方案

以北京站為通信中心站，蘭州、成都、烏魯木齊，?？跒閰^(qū)域中心通信站，各臺站分別通過網(wǎng)絡(luò)鏈接到北京中心站，實現(xiàn)互聯(lián)互通。各高頻通信臺站作為區(qū)域中心通過網(wǎng)絡(luò)鏈接服務(wù)于各空管局及分局，實現(xiàn)信息傳遞的有效性。

鑒于西部廣大區(qū)域特別是川藏、青藏高原地形復(fù)雜、環(huán)境惡劣、地震多發(fā)、城市分布少，建議在烏魯木齊建設(shè)覆蓋區(qū)域更加廣泛的高性能通信臺站，覆蓋整個西部地區(qū)各機場（覆蓋半徑為2 000 km）。同時，在成都建設(shè)兩付高增益的定向天線，一付天線指向西藏地區(qū)，作為川藏地區(qū)的應(yīng)急補盲通信，與烏魯木齊臺站互為備份。另一付指向華東和臺灣地區(qū)，在北京臺站現(xiàn)有天線的基礎(chǔ)上，增加1付高增益定向天線指向東北。蘭州通信臺主要覆蓋陜甘寧地區(qū)及內(nèi)蒙古西部地區(qū)，同時增加一付高增益定向天線指向烏魯木齊方向，保證該區(qū)域航線的高頻通信。

該方案能夠很好地利用現(xiàn)有建設(shè)條件，例如北京、成都、?？谝呀ê驮诮ǖ耐ㄐ排_站可以充分發(fā)揮作用，所建天線均為小型天線，滿足場地建設(shè)條件。未來空域通信繁忙，增加高頻通信臺站，在緊急情況下，能夠快速反應(yīng)，屬地化處理，應(yīng)急機制更能夠得到體現(xiàn)。不足之處是各臺站覆蓋范圍有限，需要在某些臺站建設(shè)高增益定向天線進行補償。

2.2 天線選型

在工作頻率、機載電臺和地面電臺功率固定的情況下，天線的選擇尤為重要，在不同的區(qū)域布置不同的天線，保證全國范圍的有效覆蓋。在高頻天線的選型中，采用何種天線形式主要取決于所需天線的覆蓋區(qū)域、頻率范圍、場地要求、經(jīng)費等。頻率范圍、場地要求、經(jīng)費可由直觀判斷得到，而天線能否覆蓋所需片區(qū)則取決于天線仰角、增益是否達到該通信鏈路的要求[2]。

為了設(shè)計能夠滿足用戶通信距離的天線，首先，需要根據(jù)使用距離要求計算所需的天線輻射仰角。天線輻射仰角和電離層高度有關(guān)。電離層平面分層主要有D層、E層、F層，夏季F層分為兩層F1層和F2層。D層主要對高頻波段信號起吸收作用。E層高度約在90～140 km，夜間消失。F層是電離層經(jīng)常存在，且電子濃度最大的層，高度在140 km以上，該層是反射高頻段電波的重要區(qū)域。根據(jù)中國電離層參考模型，對E層反射模式，控制點反射高度可以近似為110 km，對F2層反射模式而言，該控制點高度可以用下式計算。

hr=1 490/M（3 000）F2-176（km）或500（km）中取較小的值（M（3 000）F2因子與電離層狀態(tài)相關(guān)）。

單跳模式一般僅存在于較近距離通信鏈路中，在距離較長時一般存在多種傳播模式。

在中近距離傳播時一般為單跳模式，對應(yīng)的其仰角要求也較高。而在中遠、遠距離通信鏈路中則要求較低的仰角。

在高頻通信鏈路上，中短距離的通信對天線增益要求不是特別苛刻，可采用全向天線，天線增益較低，但是水平面全向，基本滿足全范圍近距離通信要求。

在近距離（800 km范圍內(nèi)）通信上，一般由于輻射或接收來波仰角較高，需要天線具有較高仰角，且由于距離近損耗小對天線增益并無太高要求。因此可以選用一些形式簡單、占地小、方便架設(shè)的天線。比較適合的天線有三線天線、籠形天線、高仰角框形天線、鞭狀天線、多模多饋天線等。

在中遠距離（800～2 000 km范圍內(nèi)）的高頻通信信路上，由于傳播損耗較大通常采用高增益天線，比較合適的天線有扇錐天線、對數(shù)周期天線（固定和轉(zhuǎn)動）、魚骨天線、飛魚對數(shù)周期天線等。

2.3 場地選擇

當在一塊場地里要同時架設(shè)幾副、甚至幾十副天線時存在天線場地的選擇和布局的總體設(shè)計問題。天線場地的選擇布局主要應(yīng)考慮以下因素。

2.3.1 適合架天線的場地

選擇一塊適合架天線的場地，要求場地比較平坦，至少天線前方有比較平坦的地面，以利于天線方向圖的形成，地面不平坦必將造成天線方向圖的畸變。

有時候只有丘陵、山地的場地條件，則應(yīng)充分考慮場地條件對天線性能帶來的影響，尤其是對天線方向圖的影響。

2.3.2 地面導(dǎo)電性能較好

選擇地面導(dǎo)電性能較好的地面，可以增加天線增益，天線場地盡量選在潮濕的土地上，如果臨近海面、湖面，效果更好。

2.3.3 對場地四周障礙物阻擋仰角的要求

從天線在地面上的投影中心到障礙物頂點的仰角，一般不應(yīng)超過天線工作頻率的垂直面方向圖主瓣最大輻射仰角的1/4，特殊情況下也不能大于1/2。

2.3.4 高頻無線電收信臺（站）對電磁輻射干擾設(shè)施的保護要求

高頻無線電收信臺（站）對高壓架空送電線的保護間距如表1所示，對公路的保護距離如表2所示。

2.3.5 與機場的距離要求

天線桿的高度與機場跑道距離應(yīng)符合飛機場的凈空要求。

3 結(jié)語

根據(jù)前文的分析和研究，民航空管高頻應(yīng)急話音通信系統(tǒng)建設(shè)應(yīng)以空中交通管理系統(tǒng)的發(fā)展需求為主導(dǎo)，以確保民航飛行安全為中心，以提高民航通信系統(tǒng)整體效能為重點，以增強通信系統(tǒng)應(yīng)急保障能力為目標。各地區(qū)應(yīng)結(jié)合實際，根據(jù)上述原則，按需配置高頻應(yīng)急話音通信系統(tǒng)，保證在任何突發(fā)事件情況下，能夠提供及時、有效地空中交通管理通信服務(wù)，以保障特殊條件下的空管安全。

[參考文獻]

[1]郭靜.民用航空通信技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展[J].中國民用航空，2013（11）：21-23.

[2]中國民航.民航空管系統(tǒng)HF地空通信發(fā)展規(guī)劃[Z].GB2456，2014.