波音737—NG飛機衛(wèi)星通訊系統(tǒng)原理及故障分析

朱圣偉 趙樹成

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2016.22.019

摘 要：介紹了中國民航飛機選裝衛(wèi)星通訊系統(tǒng)的實際運行需要和局方政策背景，重點闡述機載衛(wèi)星通訊系統(tǒng)的各組成部件及其功用、機載衛(wèi)星通訊系統(tǒng)的工作原理以及使用機載衛(wèi)星通訊系統(tǒng)空中呼叫地面和地面呼叫空中的操作方法，最后對飛機衛(wèi)星通訊系統(tǒng)常見故障進行分析，給出了比較實用的一般排故思路和處理方法。

關鍵詞：波音737-NG 衛(wèi)星通訊 工作原理 操作方法 故障分析 處理方法

中圖分類號：V26 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）08（a）-0019-08

現(xiàn)在飛機上普遍裝載甚高頻通訊和高頻通訊系統(tǒng)。甚高頻通訊頻段在118.00～136.975 MHz，主要用于飛機和飛機之間以及飛機和地面通訊站之間的雙向短距離語音、數(shù)據(jù)傳輸，距離一般不超過500 km。高頻通訊頻段在2～29.9 MHz，主要用于飛機和飛機之間以及飛機和地面之間的長距離通訊，通過電波在電離層的反射實現(xiàn)通訊的遠距離傳播，可達數(shù)千公里，但是容易受到干擾。例如：飛機在跨海飛行（如太平洋）或者在偏遠地區(qū)（如極地）飛行時，都可能因為地面基站覆蓋不到，而無法被地面運行控制中心掌控精確位置和實際運行狀態(tài)，一旦發(fā)生意外情況，定位和搜救將十分困難。

近年來，隨著我國航空運輸業(yè)的快速發(fā)展，機隊規(guī)模和運輸量快速增長，航班運行的不利因素也隨之增多，安全運行壓力越來越大。為了有效解決航空公司運行控制中心與飛機之間實時監(jiān)控和語音通訊聯(lián)系問題，民航局于2012年12月出臺了《航空公司運行控制衛(wèi)星通信實施方案》，要求2017年底前我國航空公司的飛機應當通過機載衛(wèi)星通信系統(tǒng)，實現(xiàn)運行控制中心與每架飛機之間能夠在4 min內(nèi)建立及時、可靠的語音通訊聯(lián)系目標，以保證飛機與地面之間的不間斷聯(lián)系，確保飛機的運行安全。

波音737-NG飛機一般選裝由羅克韋爾·柯林斯（Rockwell Collins）公司研發(fā)生產(chǎn)的機載衛(wèi)星設備來滿足機組成員以及旅客的通訊、娛樂需求。實踐證明，機載衛(wèi)星通訊系統(tǒng)確實能夠為航班的安全運行發(fā)揮重要的保障作用。

1 機載衛(wèi)星通訊系統(tǒng)的組成

飛機衛(wèi)星通訊系統(tǒng)主要用于飛機和地面之間的遠距離語音和數(shù)據(jù)傳輸，它由3部分組成：全球衛(wèi)星通訊網(wǎng)絡（SATCOM）、航空器機載設備（AES）和地面通訊網(wǎng)絡（GES）（如圖1所示）。

1.1 全球衛(wèi)星通訊網(wǎng)絡SATCOM

全球衛(wèi)星通訊網(wǎng)絡指的是由停留在地球靜止軌道上的24顆衛(wèi)星組成的系統(tǒng)。衛(wèi)星網(wǎng)絡用于飛機和地面基站的連接，這些衛(wèi)星目前所屬國際海事衛(wèi)星組織，提供衛(wèi)星網(wǎng)絡的操作和維護。

根據(jù)衛(wèi)星發(fā)展的代數(shù)，目前運用較廣泛的是第三代衛(wèi)星海事-3，主要提供航空器網(wǎng)絡及海事衛(wèi)星通訊服務，其主基站要分布為以下4個區(qū)域：西大西洋、東大西洋、印度洋和太平洋。

能提供寬帶上網(wǎng)服務（SwiftBroadband，SBB）的衛(wèi)星稱為第四代衛(wèi)星，簡稱海事-4。海事-4衛(wèi)星能夠提供世界范圍內(nèi)的語音通訊、視頻傳輸、郵件、電話以及高速度的局域網(wǎng)。海事-4主要分布以下區(qū)域：美洲（AMERICAS）、歐洲、中東、非洲（EMEA：Europe， Middle East， and Africa）、亞太（APAC：Asia-Pacific）。

1.2 航空器機載設備AES

航空器機載設備（AES）主要由四大部件組成，分別是：衛(wèi)星數(shù)據(jù)組件（SDU）、衛(wèi)星數(shù)據(jù)組件構型組件（SCM）、低噪放大器和天線雙工器（LNA/DIP）、高增益天線（HGA）。

衛(wèi)星數(shù)據(jù)組件和衛(wèi)星數(shù)據(jù)構型組件都位于后貨艙支架（E6-1）上。衛(wèi)星數(shù)據(jù)組件是機載衛(wèi)星系統(tǒng)的中央控制器，用于衛(wèi)星通訊的交互界面和控制。衛(wèi)星數(shù)據(jù)構型組件主要為飛機衛(wèi)星通訊系統(tǒng)存儲全球用戶識別卡和客戶化要求清單。衛(wèi)星數(shù)據(jù)構型組件協(xié)同衛(wèi)星數(shù)據(jù)組件工作，當需要更換衛(wèi)星數(shù)據(jù)組件時，如果不更換衛(wèi)星構型組件，則不必重新更換全球用戶識別卡和客戶化要求清單。

低噪放大器和天線雙工器位于機身客艙后頂部，用于衛(wèi)星通訊系統(tǒng)在同一時間發(fā)射和接收衛(wèi)星信號，同時放大接收的低電平的衛(wèi)星通訊信號。

高增益天線位于機身后頂部、垂直尾翼前面，用于接收和發(fā)射語音和通訊數(shù)據(jù)的射頻信號，它是電子式可變相位矩陣天線。飛機其他系統(tǒng)通過機載衛(wèi)星系統(tǒng)提供的接口與之相連（見圖2）。

1.3 地面通訊網(wǎng)絡GES

地面通訊網(wǎng)絡是衛(wèi)星通訊系統(tǒng)在地面上的通訊網(wǎng)絡，負責響應航空器機載設備在全球范圍內(nèi)的語音和數(shù)據(jù)需求。地面通訊網(wǎng)絡也和地面飛機通訊與尋址報告系統(tǒng)基站及電信網(wǎng)絡相連。

衛(wèi)星通訊系統(tǒng)主要使用以下頻道：飛行通訊的傳統(tǒng)航空器網(wǎng)絡語音頻道、寬帶網(wǎng)絡語音頻道和飛機通訊與尋址報告系統(tǒng)通訊的數(shù)據(jù)頻道。

2 機載衛(wèi)星通訊工作原理

2.1 設備供電

115 V交流轉換匯流條1給衛(wèi)星通訊系統(tǒng)系統(tǒng)提供115 V交流電源。該系統(tǒng)有如下跳開關：通過“衛(wèi)星通訊數(shù)據(jù)組件”跳開關給衛(wèi)星數(shù)據(jù)組件提供電源，衛(wèi)星數(shù)據(jù)構型組件從衛(wèi)星數(shù)據(jù)組件得到+8 V到+15 V直流電源；通過“衛(wèi)星通訊系統(tǒng)-高”跳開關給高增益天線和低噪放大器和天線雙工器提供電源。

28 V直流匯流條1通過衛(wèi)星語音警告跳開關和R630衛(wèi)星通訊語音警告繼電器給衛(wèi)星通訊語音警告系統(tǒng)提供電源（見圖3）。

2.2 信號接收

高增益天線接收來自于衛(wèi)星的L波段射頻信號，并將信號送給低噪放大器和天線雙工器。天線雙工器耦合器耦合接收信號并將信號送給低噪放大器放大，再將放大后的信號送給衛(wèi)星數(shù)據(jù)組件，衛(wèi)星數(shù)據(jù)組件解調(diào)信號后送給遙控電子組件（REU）和飛機通訊與尋址報告系統(tǒng)管理組件（ACARS MU）。對于航空寬帶操作，衛(wèi)星數(shù)據(jù)組件接收來自于低噪放大器和天線雙工器的以太網(wǎng)信號，并送給飛機接口組件（見圖4）。

2.3 信號發(fā)射

衛(wèi)星數(shù)據(jù)組件將來自于遙控電子組件和飛機通訊與尋址報告系統(tǒng)管理組件的信號調(diào)制成L波段射頻信號，該信號送給衛(wèi)星數(shù)據(jù)組件內(nèi)部高功率放大器。對于航空器寬帶網(wǎng)絡操作，衛(wèi)星數(shù)據(jù)組件把來自于飛機接口組件的信號調(diào)制成L波段射頻信號，并送給衛(wèi)星數(shù)據(jù)組件內(nèi)部高功率放大器。調(diào)制好的射頻信號通過低噪放大器和天線雙工器送給高增益天線內(nèi)部的波控組件（the beam steering unit，BSU），波控組件在天線的不同相位角度將射頻信號發(fā)射出去，高增益天線發(fā)送一個窄波束給衛(wèi)星（見圖5）。

當衛(wèi)星通訊系統(tǒng)通電時系統(tǒng)會自動登錄。衛(wèi)星數(shù)據(jù)組件利用已經(jīng)存儲的衛(wèi)星頻率找到衛(wèi)星發(fā)射的信號，若該頻率被激活，衛(wèi)星數(shù)據(jù)組件會鎖定該頻率，衛(wèi)星數(shù)據(jù)組件會使用衛(wèi)星作為一個延遲來連接地面通訊網(wǎng)絡系統(tǒng)（見圖6）。

3 機載衛(wèi)星通訊設備使用

3.1 操作界面進入

控制顯示組件（CDU）提供飛機衛(wèi)星通訊系統(tǒng)的操作界面：首先按壓控制顯示組件上MENU（主菜單）鍵可顯示SAT-PHONE（衛(wèi)星電話）菜單，再按壓衛(wèi)星通訊界面分兩頁，第一頁顯示內(nèi)容包括：衛(wèi)星通訊的兩個頻道及其狀態(tài)、呼叫控制、呼叫優(yōu)先權選擇、電話本（或稱通訊錄，DIRECTORY），第二頁顯示內(nèi)容包括：登錄（LOG）、通訊錄編輯（DIRDETAILS）、系統(tǒng)自檢（BITE）、系統(tǒng)構型（CONFIG）、SWIFT狀態(tài)等內(nèi)容。

當航空器機載衛(wèi)星通訊設備、衛(wèi)星通訊網(wǎng)絡、地面通訊網(wǎng)絡三部分連接后衛(wèi)星通訊系統(tǒng)便可實現(xiàn)通訊功能，機載衛(wèi)星通信設備和地面通訊網(wǎng)絡連接的過程稱為登錄（LOG ON）。注意：在機載衛(wèi)星通信設備登錄前，慣導（IRS）必須已經(jīng)被校準。

機組使用控制顯示組件（CDU）和音頻控制面板（ACP）來實現(xiàn)衛(wèi)星通訊系統(tǒng)的語音通訊（見圖9）。

3.2 空中呼叫地面

按照3.1步驟進入衛(wèi)星通訊界面后，按壓行選鍵DIRECTORY>（電話本）進入SAT DIRECTORY INDEX（衛(wèi)星電話本索引）頁面，然后選擇一個類別進入SAT DIRECTORY（衛(wèi)星電話本）頁面，選擇一個地面站或電話號碼。可以使用左側行選鍵選擇傳統(tǒng)頻道，如果使用右側行選鍵則選擇寬網(wǎng)絡頻道，要確保所選擇的通訊錄出現(xiàn)在SAT-PHONE（衛(wèi)星電話）頁面。最后按壓

4.2.2 在衛(wèi)星數(shù)據(jù)組件前面板上做測試

衛(wèi)星數(shù)據(jù)組件具備自測試功能，包括通電自測試（POST）、激活自測試（PAST）、持續(xù)監(jiān)視。

POWER（電源）燈指示綠色，F(xiàn)AULT（故障）燈指示紅色，按壓TEST（測試）按鈕，開始自測試，綠色的電源燈和紅色的故障燈會交替閃爍60 s，然后熄滅。

衛(wèi)星數(shù)據(jù)組件通電后自動激活通電測試，按壓測試按鈕后開始激活自測試，通電測試和激活自測是進行機載衛(wèi)星通訊系統(tǒng)的功能測試，兩個測試顯示現(xiàn)象一致。衛(wèi)星數(shù)據(jù)組件自測試期間，衛(wèi)星通訊系統(tǒng)其他部件也進行測試，并將測試結果反饋給衛(wèi)星數(shù)據(jù)組件。

如果在測試時或者衛(wèi)星數(shù)據(jù)組件持續(xù)監(jiān)控的參數(shù)有問題，紅色故障燈將始終點亮（見圖16、表2）。

如果存在故障，則需要針對故障提示，按照波音故障隔離手冊進行排故。

4.2.3 過站放行的快速處理方法

當飛機過站出現(xiàn)衛(wèi)星通訊故障時，以山航運行要求為例，可依據(jù)最低設備清單MEL23-18章節(jié)放行，并通知機組該系統(tǒng)不工作。另外，為滿足CCAR121.97要求，需要保證高頻或衛(wèi)星通信系統(tǒng)至少有一套工作正常；為滿足CCAR121.351要求，進行延伸跨水運行時，需要有兩套遠程通信系統(tǒng)（兩部高頻系統(tǒng)或者一部高頻和一部衛(wèi)星通訊系統(tǒng)）工作正常。所飛航線是否屬于延伸跨水運行應由航空公司簽派人員確認。

4.2.4 一種異常情況的處理

山航青島維修基地排故曾多次遇到GPS信號不穩(wěn)定、容易丟失信號，結果導致邏輯錯誤的情況，尤其以青島機場幾個廊橋位置和特殊遠機位停放的飛機最為明顯，GPS信號容易被屏蔽干擾。如果遇到這種類似情況，可以通過與機組溝通，建議飛機推出以后再進行觀察的方法來消除這種“故障”現(xiàn)象。

參考文獻

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