民用航空甚高頻通信系統(tǒng)互調(diào)干擾問題研究

郭孟越

關鍵詞：民用航空；甚高頻通信系統(tǒng)；互調(diào)干擾

1引言

由于無線電技術的大范圍普及，無線裝置的應用日益廣泛，從而導致無線裝置之間的干擾程度加大，電磁環(huán)境愈發(fā)復雜，無線電頻譜資源利用率大大降低。同時，隨著航空VHF頻段無線電業(yè)務的更新，航空無線電出現(xiàn)了頻率資源無法滿足供求關系的現(xiàn)象。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，民航VHF通信頻段被擾亂，絕大部分來源于無線電臺和電視臺的干擾，其中調(diào)頻廣播電臺干擾占比最大。因此，通過特定分析調(diào)頻廣播電臺的具體干擾，搭建合理的分析架構，對民航甚高頻頻段頻譜進行有效的監(jiān)測和合理的計劃調(diào)度是非常關鍵的。

2民航空管甚高頻地空通信發(fā)展現(xiàn)狀

目前，為保證國內(nèi)各個機場地面和空中通信服務的流暢與安全，中國航空地空通信采用的是高頻通信技術（VHF）和短波通信技術，能一次涵蓋全部航空線路，可以很好地滿足機場和航空企業(yè)VHF通信的需要。在民航VHF空域通信中，VHF是當前國際上最常用的一種地空通信技術。在VHF波段，空間波導是一種非常關鍵的傳輸途徑，也稱為視覺傳播。由于地球自身的曲率，一般情況下，空間波的傳輸有一個直接距離。因此，VHF通信信號的可靠度和在可視范圍內(nèi)的通信平滑度得到了保障。在我國經(jīng)濟迅猛發(fā)展中，不同區(qū)域越來越多的飛機場正處于建設中，同時在一定固定管制區(qū)域內(nèi)，也出現(xiàn)了大量的航空飛機。目前，VHF通信除不能設立固定站位，依靠其超高的語音品質(zhì)和清晰度，VHF通信已逐漸替代短波長信號，成為地面與空中通信的主流手段。

3無線電干擾在民用航空甚高頻通信系統(tǒng)中的原理

無線電波的影響實質(zhì)是兩種不同電磁信號的相互干涉。民用航空通信中使用的無線電頻有導航、移動通信、安全頻點和雷達等，理論上，所有的無線通信設備都是在不同的頻率范圍內(nèi)工作的，但是，在現(xiàn)實中，通信信號并不會在對應的波段中，少數(shù)通信信號會脫離特定的波段，向外界擴散，從而產(chǎn)生如調(diào)和或互調(diào)制的無作用信號，在與其他相同頻率有效信號處在一個范圍內(nèi)時，由此產(chǎn)生無線電干擾。在目前的綜合環(huán)境中，有一些廣播頻帶的發(fā)射功率幾乎不受其他因素的影響，其頻率和民航無線高頻頻段非常類似，可對民用航空高頻通信信號產(chǎn)生影響，它可能在飛機飛行的任何一個階段都會出現(xiàn)特殊狀態(tài)，具有很大的不確定性。

4民航甚高頻通信無線電干擾類型

4.1同頻干擾

一般而言，同頻干擾是在兩個頻率相近的地區(qū)出現(xiàn)的。民用甚高頻通信頻譜頻率由國際民航組織相關法規(guī)決定，VHF的頻帶為118.000～136.975 MHz。隨著民航事業(yè)的迅速發(fā)展，通信網(wǎng)絡的容量越來越小，不同頻率的頻點間距由50kHz縮小到25kHz。這個頻道幾乎翻了一番，但是在某些地方，各個控制臺仍然采用同樣的頻率。在民用無線電通信中，反復利用同一頻段，其頻譜干擾也是一樣的。盡管大多數(shù)民用航空VHF采用了振幅調(diào)幅方式，但是在某些場合下，民用調(diào)頻和民用通信中的載頻是一樣的。這種同頻的信號會被VHF無線電所接收，而這些同頻信號往往會對民用航空管制的VHF通信站產(chǎn)生一定的影響。

4.2互調(diào)干擾

在民航機場VHF通信系統(tǒng)中，互調(diào)干擾是首要問題?；フ{(diào)干擾一般包括兩種，即發(fā)送方的互調(diào)干擾和接收端的互調(diào)干擾。發(fā)射機互調(diào)干擾是在發(fā)送末端產(chǎn)生的。功率放大器本身具有的一些非線性特性，會導致其他干擾和有效信號相互調(diào)制，從而對正常的信號傳輸造成不利的影響。接收機的交叉互調(diào)干擾是指接收端在接收到兩個以上的射頻信號時，其頻率放大或混合電路之間的非線性變換會引起相互調(diào)制，使得接收不順暢。通常情況下，互調(diào)干擾會使信號失真，嚴重降低地面和空中通信的品質(zhì)。在某些情況下，VHF通信的不正確使用，將給飛機的安全運行帶來很大阻礙。此外，這還會對發(fā)射機造成損傷，使其有效功耗下降，并且對電磁信號的傳播產(chǎn)生影響。

4.3鄰道干擾

鄰近的干擾通常來自民用VHF地面通信基站附近的波段，由于發(fā)送機在傳輸信號時，通常會有一個頻帶信號，一小部分發(fā)送到民用VHF波段，由民用航空公司的VHF電臺接管，從而構成鄰近的頻道干擾。

4.4其他因素

除以上常見的干擾影響外，其他一些干擾也會影響航空企業(yè)的地空通信系統(tǒng)。例如，由于無線電波的廣泛利用，電臺發(fā)射塔的數(shù)量不斷增多，以及發(fā)射臺的品質(zhì)不符合有關規(guī)定，這會造成更大范圍的射頻或過高的頻率輻射信號，會對航空公司的VHF通信產(chǎn)生一定的影響。此外，在某些特定的條件下，如氣候變化、地質(zhì)災害等也會對其產(chǎn)生影響。

5民航VHF電臺頻率干擾機制分析

5.1互調(diào)干擾

互調(diào)干擾是指兩個或更多的頻率信號被同時輸入發(fā)送機或接收機中，因線路的非線性而被生成新頻率，而新頻率正好與有效信號的頻率相等或相近，從而成功地穿過發(fā)送機或接收機，對有效信號造成擾動。由于互調(diào)干擾不但會對通信質(zhì)量產(chǎn)生不良的影響，而且會導致信號嚴重失真，使控制員無法與飛行員進行通信，從而對民航地空通信系統(tǒng)產(chǎn)生嚴重的干擾，以及對飛機的安全產(chǎn)生不利的影響?；フ{(diào)干擾還會對裝置產(chǎn)生損害，因為一旦完成了調(diào)試，此時的電路就處于最優(yōu)的諧振狀態(tài)，而互調(diào)干擾會導致工作線路不協(xié)調(diào)，電流變大，元件產(chǎn)生較高的熱量，從而極大地提高發(fā)送端的故障率[1]。

5.2三階互調(diào)

三階互調(diào)是指在線性系統(tǒng)中，兩個或多個信號由于非線性原因，導致一種信號的二次諧波和另一種信號的基本頻率發(fā)生拍頻（混合）。例如，f1的二次諧波為2f1，它與f2生成2f1 f2。因為一個信號是二次諧波（二次信號），而另外一種是三次諧波（一次信號），所以2f1-f2被稱作三階互調(diào)信號。三階互調(diào)信號發(fā)生在調(diào)制期間，由于兩者之間的調(diào)制而生成拍頻信號，因此這種新生成的信號被稱作三階互調(diào)失真信號，其生成過程被稱作三階互調(diào)失真。由于f1和f2信號通常比較靠近，21 f2和2f2f1靠近原始的基帶信號f1和f2，因此會對原始的基帶信號f1和f2產(chǎn)生干擾。如果是更復雜的，如在一個線性體系中存在三個信號f1，f2以，它們就會生成上述的三階互調(diào)，同時會生成三次互調(diào)。當然，在這種情況下，也會有更高階的互調(diào)，如五階互調(diào)、七階互調(diào)等，但因為高階互調(diào)信號的強度很低，產(chǎn)生的干擾相對較小，所以通常不會考慮更高階的互調(diào)，而把三階互調(diào)視為最大的干擾。三階互調(diào)信號按輸入端的數(shù)目可劃分為三階一型與三階二型互調(diào)。

5.3三階互調(diào)信號分析

在大量的互調(diào)制和諧振信號中，這些信號是通過接收機的非線性而生成的，我們要關注的是進入相關波段內(nèi)部的信號。根據(jù)廣播和民用無線電頻帶的具體頻譜，針對三階一型互調(diào)的兩個信號，進人民用通信頻段的主要是。在三信號情況下，在這兩個信號間，有三階一型的互調(diào)信號，另外，進入頻段的二型互調(diào)成分f1 +f2 f3 （f1 >f2 >f3）也是進入頻段的[2]。

6民航VHF電臺頻率干擾分析模型

6.1互調(diào)干擾頻率范圍分析

調(diào)頻電臺的頻率為87～108MHz，頻道寬度為200kHz;民用通信頻段是118～137MHz。在只有兩個調(diào)頻電臺的情況下，通過互調(diào)頻率的計算式2f1-f2，可以得到118—129MHz的互調(diào)。如果三個調(diào)頻電臺的互調(diào)是由于三個調(diào)頻的電臺信號造成的，那么，按照三次拍頻次數(shù)的計算式，即f1+f2-f3，就可以算出差拍的頻率為118～128.8MHz。從調(diào)頻電臺的交調(diào)信號的頻域人手，得到以下結(jié)論。

（1）在118～137MHz的VHF通信頻帶中，調(diào)頻電臺的互調(diào)干擾最大的頻域為118～129MHzo

（2）在使用民用VHF無線電頻率時，盡量選擇129—137MHz的頻段，從而減少調(diào)頻廣播中三次交叉調(diào)制的影響。

6.2互調(diào)干擾頻率關系模型

通過對相關具有互調(diào)干擾的頻段進行數(shù)學關系的研究，可以對空域內(nèi)VHF的頻段進行有無互調(diào)干擾的分析。如果一套頻率間存在互調(diào)的聯(lián)系，那么這兩種頻率的差異就會是其他兩種頻率差異的n倍（整數(shù)），即：

融合計算機技術，三階互調(diào)技術已相當完善，能夠識別三階互調(diào)的頻譜，并能判讀出互調(diào)的種類和受擾的頻譜。為避免三階互調(diào)的干擾，可以將三階互調(diào)的調(diào)制信號有效配置到多個天線共享的系統(tǒng)中。

7民用航空甚高頻通信無線電干擾監(jiān)測和防干擾措施

7.1發(fā)射機干擾監(jiān)測預防

在民航VHF通信中，發(fā)射設備占有重要的地位。為此，應特別重視對發(fā)射機進行的電磁干擾的監(jiān)控和防范，采用一種既能保證發(fā)射設備安全運行又能對系統(tǒng)漏洞進行監(jiān)測的模式。目前，發(fā)射設備的抗干擾技術主要利用天線與發(fā)射機之間的合理配對來保證發(fā)射機的正常運行，并對其進行監(jiān)控和改進，以提高其運行性能。在對天線與發(fā)射設備進行合理的匹配和調(diào)試時，應充分考慮信號的彈性間隔對它的影響，并通過改進發(fā)送距離來實現(xiàn)對無效信號的有效覆蓋，保證發(fā)射機能夠穩(wěn)定接收有用的信號。

7.2外部環(huán)境干擾監(jiān)測預防

影響民航VHF通信互調(diào)干擾的主要原因是外界環(huán)境，它也是最具不確定性、不可預測和不易覺察的因素。同時，在外界條件下，探測無用信號很困難，需要繼續(xù)加強對無效信號的監(jiān)控，可從無用信號傳播的根源位置人手，在確定的外界情況下，尋找無用信號的干擾源，并制定針對性和有效性的干擾對策。當監(jiān)測外界的無用無線電波時，應重視對其運行的無線監(jiān)控，同時要強化對各種部件的維護保養(yǎng)，定期檢查系統(tǒng)操作的質(zhì)量，特別要注意對設備的接觸效率進行檢驗，避免產(chǎn)生不良的影響，從而保障對無用無線電信號進行有效的監(jiān)控和排除[3]。

7.3接收機干擾監(jiān)測預防

民航VHF通信系統(tǒng)接收機在正常工作中所接收到的有用信號會持續(xù)地被轉(zhuǎn)換，為保證飛機安全、平穩(wěn)地航行提供必要的信息，當它不能正常工作時，就會出現(xiàn)信號丟失、指令錯誤、信號阻斷等問題。所以，在民航VHF通信系統(tǒng)中，必須重視對其工作頻率、工作指標的監(jiān)測和調(diào)節(jié)，從而保證接收機工作穩(wěn)定。應強化對接收電路的檢測和故障的分析，選擇合適的和高品質(zhì)的濾波器，對無用信號進行有效的入侵排查，從而大大提高接收機對無線信號的抗干擾能力[4]。

8結(jié)束語

在無線電的干擾下，民航的VHF通信系統(tǒng)會發(fā)生飛機通信受到干擾導致失真的情況，進而危及航空飛機的安全與穩(wěn)定運行。所以，在民航VHF通信中應特別重視對其進行無線干擾的監(jiān)控與防范，同時加強自身系統(tǒng)漏洞監(jiān)控，提高發(fā)射機工作的品質(zhì)，持續(xù)加強對外界無用信號的監(jiān)控，從而最大限度地避免其他無效信號干擾民航甚高頻通信系統(tǒng)工作。