航管應答機測試儀接收特性校準方法研究

黨 鵬

（成都天奧技術(shù)發(fā)展有限公司，四川 成都）

引言

航管應答機是一種用于飛機通信的機載設備，它能夠接收地面雷達發(fā)出的詢問信號，并自動回復飛機的高度、方位、飛行速度等信息。航管應答機作為空中交通管制雷達信標系統(tǒng)ATCRBS (Air Traffic Control Radar Beacon System)的機載部分[1]，起初是由美國陸軍航空部隊和英國空軍在第二次世界大戰(zhàn)中研發(fā)的雷達敵我識別系統(tǒng)IFF(Identification Friend or Foe)中演變而來。傳統(tǒng)的A/C 模式航管應答機廣泛列裝在我國軍民用飛機上，而且隨著國產(chǎn)軍民用飛機航電技術(shù)的快速發(fā)展，效率更高、兼容性更好的S 模式應答機也陸續(xù)裝備在各種機型上。而航管應答機測試儀目前主要依靠進口廠商（如美國viavi 公司），隨著測量和監(jiān)視設備的國產(chǎn)化趨勢，國內(nèi)不少航空電子廠家也在加大航管應答機測試儀的研發(fā)生產(chǎn)。

航管應答機測試儀主要用于校準和測量機載應答機的接收和發(fā)射特性。航管應答機測試儀是收發(fā)一體的儀器，對于機載設備的測試過程都是以詢問應答的形式。在機載應答機測試條件下，航管應答機測試儀模擬地面臺向機載設備發(fā)射詢問信號，信號為固定格式的脈沖調(diào)制信號，并接收機載設備的應答信號，同時測量應答信號的射頻參數(shù)、脈沖參數(shù)以及應答延時信號。

1 指標梳理

航管應答機測試儀作為地面設備對飛行安全有著至關(guān)重要的作用，為了保證航管應答機測試儀測試數(shù)據(jù)的準確可靠和量值溯源統(tǒng)一，必須對航管應答機測試儀的計量特性進行檢定或校準。目前現(xiàn)行有效的檢定規(guī)程僅有JJG（民航）0069-2004（ATC-1400A 型應答機/測距機測試儀檢定規(guī)程）[2]，其檢定方法主要參考ATC-1400A 設備出廠驗收測試程序[3]，檢定項目主要分為兩大類：發(fā)射特性檢定和接收特性檢定。發(fā)射特性校準機構(gòu)/實驗室可以參考民航檢定規(guī)程很好的指導校準測試工作。在對航管應答機測試儀接收特性檢定時，檢定規(guī)程使用了應答機專用測試臺，該臺儀器屬于專用測試設備，通用性不強、價格昂貴且依靠進口，并且該規(guī)程不支持S 模式應答機的測試，而且國內(nèi)外目前存在多種型號的航管應答機測試儀，因此有必要對航管應答機測試儀的指標及校準方法作出梳理和研究。

根據(jù)梳理涉及民用航空、航空工業(yè)的研發(fā)、生產(chǎn)、使用、維修相關(guān)單位使用航管應答機測試儀的主流型號的技術(shù)指標和測試方法[4-6]，基本確定了航管應答機測試儀的三大類指標。

第一部分為發(fā)射指標，就是發(fā)射源產(chǎn)生的具有航管應答機詢問信號特性的脈沖調(diào)制信號的指標，用來檢測機載應答機的接收性能。其中測試儀發(fā)出的信號需要滿足國際民用航空標準的要求，因此對發(fā)射頻率，發(fā)射功率、載波頻譜純度以及脈沖特性指標都進行了測試，發(fā)射指標包含了載波信號的指標和脈沖信號指標，載波信號指標如輸出頻率準確，輸出功率準確度以及頻譜特性等，脈沖信號指標包括脈沖通斷比，以及脈沖上升/下降時間，以及滿足各種模式下的脈沖間隔，脈沖寬度等。

第二部分為接收指標，用于檢測航管應答機的發(fā)射性能。需要測試航管應答機發(fā)射信號的頻率、功率，目前主流的航管應答機測試儀更是具有脈沖參數(shù)測試能力。因此需要對這些指標進行校準。

第三部分為信道類指標, 比如應答機模式下的應答延時測量指標，這類指標必須遵循詢問- 應答的時序關(guān)系才能測量出來。校準這類指標需要借助函數(shù)發(fā)生器的外觸發(fā)輸出方式，并借助雙定向耦合器，使用耦合端將詢問/應答信號分離后測量。

2 接收特性

測試儀用于測試航管應答機，航管應答機的信號格式與收發(fā)特性機制必須滿足《國際民用航空組織附件10 航空電信》的相關(guān)規(guī)定[7]。航管應答機屬于L 波段（962 MHz～1 213 MHz 之間），屬于脈沖調(diào)制波形，并且為了限制帶寬，民航公約對脈沖的上升、下降時間，脈沖頻譜等指標都做了相應要求，因此測試儀須具備產(chǎn)生滿足要求的脈沖調(diào)制信號的能力，同時也要具備測試機載脈沖指標的功能。

一般機載設備發(fā)射功率較大（脈沖功率為100 W～2 000 W），而接收功率較?。?100 dBm～0 dBm），因此測試儀需要配備動態(tài)范圍較高的信號發(fā)生器，其頻譜純度要滿足民航公約的要求，同時測試儀也要具備測量機載脈沖功率的能力。根據(jù)測量儀接收特性的特殊要求，本文簡要介紹了航管應答機測試儀應答頻率、應答功率、應答脈沖特性的校準原理框圖、具體方法及步驟。

3 校準方法研究

3.1 應答頻率的校準

（1） 儀器連接如圖1 所示。

圖1 應答頻率測量校準框圖

（2） 設置航管應答機測試儀為應答機測量模式（XPDR MODE），詢問模式為A 模式，詢問速率為100 Hz，輸出功率為-90 dBm，航管應答機測試儀輸出為開。

（3） 函數(shù)發(fā)生器1 提供應答延時，設置函數(shù)發(fā)生器為脈沖波形模式，輸出幅度為5 V，脈沖寬度為11 μs，輸入方式為外觸發(fā)方式，上升沿觸發(fā)，觸發(fā)后輸出一個周期波形。

（4） 使用任意波發(fā)生器生成應答脈沖信號，也可以使用函數(shù)發(fā)生器的任意波發(fā)生器編輯模式進行波形生成。按照國際民航組織規(guī)定的應答脈沖的波形格式編輯并生成A 模式應答脈沖（波形只需要保留框架脈沖F1,F2 即可，中間數(shù)據(jù)為可設置為0），設置任意波發(fā)生器為正常輸出模式，輸出電壓為1 V 峰值。

（5） 設置信號發(fā)生器載波頻率為1 090 MHz，輸出功率為0 dBm，外脈沖調(diào)制方式，打開調(diào)制開關(guān)和輸出開關(guān)。

（6） 打開脈沖功率放大器1 開關(guān)。

（7） 讀取并記錄航管應答機測試儀頻率測量值。

（8） 按航管應答機應答頻率測試要求重復（2）～（7）步驟，讀取并記錄測試儀頻率測量值。

（9） 關(guān)閉脈沖功率放大器1 開關(guān)，關(guān)閉函數(shù)發(fā)生器、信號發(fā)生器以及測試儀輸出開關(guān)。

3.2 應答功率測量

（1） 儀器連接如圖2 所示。

圖2 應答功率測量校準框圖

（2） 設置測試儀為應答機測量模式，詢問模式為A 模式，詢問速率為100 Hz，輸出功率為-90 dBm，同步脈沖為與詢問信號同步。

（3） 函數(shù)發(fā)生器1 提供應答延時，設置函數(shù)發(fā)生器為脈沖波形模式，輸出幅度為5 V，脈沖寬度為11 μs，輸入方式為外觸發(fā)方式，上升沿觸發(fā)，觸發(fā)后輸出一個周期波形。

（4） 使用任意波發(fā)生器生成應答脈沖信號，也可以使用函數(shù)發(fā)生器的任意波發(fā)生器編輯模式進行波形生成。按照國際民航組織規(guī)定的應答脈沖的波形格式編輯并生成A 模式應答脈沖（波形只需要保留框架脈沖F1,F2 即可，中間數(shù)據(jù)可設置為0），設置任意波發(fā)生器為正常輸出模式，輸出電壓為1 V 峰值。

（5） 設置信號發(fā)生器載波頻率為1 090 MHz，輸出功率為0 dBm，外脈沖調(diào)制方式，打開調(diào)制開關(guān)和輸出開關(guān)。打開函數(shù)發(fā)生器和任意波發(fā)生器輸出開關(guān)。

（6） 打開脈沖功率放大器2 開關(guān)。

（7） 讀取并記錄測試儀測得的脈沖功率P0和脈沖功率計測得的脈沖功率P1，則由公式計算出功率標稱值P0。

式中：A1表示衰減器的衰減量標準值；

C1表示雙定向耦合器耦合度標準值。

（8） 關(guān)閉脈沖功率放大器2 開關(guān)，關(guān)閉函數(shù)發(fā)生器、信號發(fā)生器以及測試儀射頻輸出。

3.3 應答脈沖特性測量

（1） 儀器連接如圖3 所示。

圖3 應答脈沖特性測量校準框圖

（2） 設置測試儀為應答機測量模式，詢問模式為A 模式，詢問速率為100 Hz，輸出功率為-90 dBm，同步脈沖為與詢問信號同步。

（3） 函數(shù)發(fā)生器1 提供應答延時。設置函數(shù)發(fā)生器1 為脈沖模式，輸出方式為外觸發(fā)方式，上升沿觸發(fā)，觸發(fā)后輸出一個周期波形，輸出幅度為5 V。設置脈沖寬度為11 μs。

（4） 任意波發(fā)生器生成應答脈沖信號，也可以使用函數(shù)發(fā)生器2 的任意波發(fā)生器模式進行波形生成。按照國際民航組織規(guī)定的應答脈沖的波形格式編輯并生成A 模式應答脈沖（波形只需要保留框架脈沖F1,F2 即可，中間數(shù)據(jù)可設置為0），設置任意波發(fā)生器為正常輸出模式，輸出電壓為1 V峰值。

（5） 設置信號發(fā)生器載波頻率為1 090 MHz，輸出功率為0 dBm，外脈沖調(diào)制方式開。

（6） 打開信號發(fā)生器輸出開關(guān)和調(diào)制開關(guān)，打開脈沖功率放大器1 開關(guān)。

（7） 使用示波器中自動測量功能測量的應答脈沖中指定脈沖的脈沖寬度、上升下降時間，脈沖間隔。

（8） 讀取并記錄測試儀測得的應答脈沖中指定脈沖的脈沖寬度，上升下降時間，脈沖間隔。

（9） 改變測試儀詢問模式，重復（3）～（8）步驟進行測量。

（10） 關(guān)閉脈沖功率放大器1 開關(guān)，關(guān)閉任意波發(fā)生器、信號發(fā)生器以及測試儀射頻輸出。

4 校準方法驗證

以VIAVI 公司ATC-5000NG 航管應答機測試儀為實驗對象，驗證上述校準方法的可行性，具體測試數(shù)據(jù)見表1- 表3。

表2 應答功率校準方法測試驗證結(jié)果

表3 應答脈沖特性校準方法測試驗證結(jié)果

結(jié)束語

利用通用儀器搭建校準平臺實現(xiàn)了航管接收機測試儀接收特性的校準，滿足軍民用航空標準規(guī)范的計量要求，替代了進口專用儀器的限制，為相關(guān)計量機構(gòu)校準航管應答機測試儀提供了具體方法，解決了該類儀器設備量值溯源的問題。