淺議電磁波在民航通信中的應(yīng)用

余焰

[摘要]由于民用航空的主要“生產(chǎn)設(shè)備”是飛機(jī)，它是在空中高速運行的“飛行器”，不可能用任何導(dǎo)線光纖之類的“實體”與其它物體聯(lián)系，因此飛機(jī)與外界的聯(lián)系手段，唯有使用“電磁波”一種方法。本文講述了飛機(jī)在空中飛行至降落的過程中電磁波所發(fā)揮的作用，從而讓讀者體會電磁波在民航通信中的重要意義。

[關(guān)鍵詞]電磁波；飛機(jī)；通信；甚高頻；導(dǎo)航

一、電磁波的特性

電磁波是極其普遍的現(xiàn)象，遠(yuǎn)不是民航所專用“物資”。人們無時無刻不與電磁波發(fā)生“互動”，但是就像空氣一樣，人們往往并不注意電磁波的存在，而且常常有人對于“電磁輻射”存在偏見，一見到“電磁輻射”就認(rèn)為是有害的事物。我們有時候見到有人宣傳說，“某某家用電器會產(chǎn)生電磁輻射，需要防護(hù)它……”。事實上，凡是高于“絕對零度”的物體，都會有電磁輻射，我們的身體、暖氣片、太陽，都是發(fā)出電磁輻射的源泉，它們都與我們生活息息相關(guān)。自從飛機(jī)進(jìn)入人類的生活，飛行活動就必然需要利用電磁波才能進(jìn)行，也許有人說，最初的飛機(jī)沒有無線電設(shè)備同樣能夠飛行，可是不要忘記，“目視”同樣是依靠電磁波——光線——才能看見，所以我們看就是利用電磁波。

二、電磁波在民航通信中的應(yīng)用

飛行所需的最初無線電設(shè)備，大概就是現(xiàn)在仍然在使用的“塔臺指揮甚高頻機(jī)”了，現(xiàn)在由于國際化的發(fā)展，民航飛機(jī)都要在不同的國家飛行，因此對飛機(jī)的指揮，也都被標(biāo)準(zhǔn)化的使用同樣的甚高頻信道，只是利用不同的頻率，區(qū)分不同地區(qū)和分類。不過直到現(xiàn)在，塔臺指揮設(shè)備所使用的技術(shù)措施，仍是最為原始的“調(diào)幅制”，因此飛行中陸空間的通信常常被地面非法的電磁波干擾，常常不得不換用備用頻率，才得以保證航班的正常進(jìn)行。有人和我討論過，為什么塔臺指揮，不采用某些較復(fù)雜的技術(shù)來避免干擾。我想，大概就是因為這種方式，已經(jīng)在全世界大量使用，而且不可須臾中斷，因此要進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)的話，影響面就會太大……

稍次于飛機(jī)起降時的指揮，是航路上的通信，飛機(jī)在兩個機(jī)場之間的“航路上”，經(jīng)常要報告自己的位置高度飛行狀態(tài)等等，還要知道別的飛機(jī)的動態(tài)。在民航飛機(jī)使用活塞式發(fā)動機(jī)時期，飛行高度一般都在三千米以下，因此航路通信只能使用短波（因為甚高頻只能在“可視距離”內(nèi)有效），而短波通信的質(zhì)量，大大差于甚高頻，因此在那時期，常常需要配備專職報務(wù)員，擔(dān)任通信聯(lián)絡(luò)。到了現(xiàn)代噴氣客機(jī)時代，航班飛機(jī)都在七八千米以上的高空飛行，“可視距離”大幅增長，因此航路通信也使用甚高頻，而且因為通話質(zhì)量提高，無需專職報務(wù)員，而由正副駕駛員自己直接與地面聯(lián)絡(luò)了。加上現(xiàn)在通訊技術(shù)的發(fā)展，遠(yuǎn)程指揮經(jīng)過衛(wèi)星及光纖信道，可以將視距以外的飛機(jī)聯(lián)絡(luò)信號，由遙控轉(zhuǎn)接電路建立，保證了遠(yuǎn)距離可靠高質(zhì)量的通信。

對于民航飛機(jī)正常飛行另一類設(shè)備就是導(dǎo)航了，早期飛機(jī)的飛行距離短、高度低，“目視飛行”是很重要的方式，到了現(xiàn)代的民航飛行，高精尖的導(dǎo)航方式發(fā)展起來，其中絕大多數(shù)都要依靠電磁波，最初的導(dǎo)航設(shè)備，主要是“中長波”導(dǎo)航機(jī)，由于中長波主要以“地波”傳播，穩(wěn)定性和方向性都很好，飛機(jī)上的“無線電羅盤”能夠指示出地面導(dǎo)航臺與飛機(jī)航向的角度，因而起到引導(dǎo)飛行的作用。

利用“線電羅盤”和人工方式的“定向臺”，都是利用無線電波傳輸中，不同角度信號的強(qiáng)度差，由于“垂直天線”發(fā)射的波，在用環(huán)形天線接收的時候，有“8字形”的強(qiáng)度變化，在兩個圓形相交的地方，強(qiáng)度變化最為明顯，因此就是利用此特點來定向，不過這種定向方式的精度并不很高。

后來發(fā)展過一種“雙曲線導(dǎo)航”，是在地面建立成組的發(fā)射臺，同時發(fā)出信號，飛機(jī)上的接收機(jī)，由于距離不同電臺的距離不同，所收到的信號相差一定的時間，凡是相差時間相同的點，連接起來就成為“雙曲線組”，兩組以上的雙曲線交點，就可以確定飛機(jī)的位置……

還有一種我國民航大量采用的“全向信標(biāo)+測距儀”的導(dǎo)航系統(tǒng)。早期它是由人工手動方式來定向的，它的原理是：在選定位置上建立導(dǎo)航臺，每間隔一段時間，發(fā)送一個“基準(zhǔn)信號”，然后由一個從“0度”開始發(fā)送旋轉(zhuǎn)360度的信號，飛機(jī)上收到的“基準(zhǔn)信號與旋轉(zhuǎn)信號的時間差”，就表示出飛機(jī)的位置與導(dǎo)航臺之間的角度。

當(dāng)時，飛行員手握“秒表”，在聽到“基準(zhǔn)信號”后，立即按下秒表開始計時，然后在聽到“方位信號”的時候，按停秒表，所記下的時間，就可以讀出“方位角”。隨著技術(shù)的進(jìn)步，計時的工作已經(jīng)完全由電子設(shè)備完成了，但是原理仍舊保持不變。在與“全向信標(biāo)臺”相同點上，還設(shè)有“測距儀”，它可以根據(jù)無線電波與飛機(jī)之間傳輸?shù)臅r間，確定飛機(jī)與導(dǎo)航臺的距離，有了這兩個（方位與距離）數(shù)據(jù)，就可以確定飛機(jī)的位置了。這種定向定位方式，經(jīng)過多年發(fā)展改進(jìn)，成為現(xiàn)代民航導(dǎo)航的主要設(shè)施，稱為“多普勒甚高頻全向信標(biāo)”，航路上的飛機(jī)利用這種導(dǎo)航臺，很容易找到所要降落的機(jī)場……

在到達(dá)機(jī)場附近的時候，就改由“儀表著陸系統(tǒng)”（也被叫做“盲降系統(tǒng)”），來進(jìn)一步引導(dǎo)飛機(jī)到達(dá)跑道。儀表著陸系統(tǒng)在跑到頭的末端，發(fā)射一個“航向信號”，飛機(jī)上的儀表能夠引導(dǎo)飛機(jī)，準(zhǔn)確的對準(zhǔn)“航向臺”，也就是準(zhǔn)確地飛在跑道中心線上；盲降系統(tǒng)在跑道“始端”（預(yù)定的“接地點”）旁邊，設(shè)有“下滑臺”，發(fā)出一個與地面呈小角度的信號，飛機(jī)只要沿著它指示的“下滑角度”飛行，就會準(zhǔn)確的落到跑道頭上去，當(dāng)然在非常接近跑道的時候，飛行員就會看到“跑道燈”之類的跑道標(biāo)志了。所以，現(xiàn)代民航飛機(jī)，能夠在能見度很差的情況下，準(zhǔn)確地找到機(jī)場和跑道，然后安全降落在預(yù)定的跑道上。

還有一種眾所周知的“全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)”，也就是GPS導(dǎo)航，它也是利用電磁波傳播，由已知相對位置的人造衛(wèi)星所發(fā)射的電波，到達(dá)用戶接收設(shè)備的時間，算出用戶在地球上的位置和高度。目前以美國最先研制的GPS，然后俄羅斯的“格洛納斯”，我國的“北斗”以及歐洲的“伽利略”幾個系統(tǒng)，它們都有民用和軍用功能，當(dāng)然也能夠?qū)γ窈斤w機(jī)起到導(dǎo)航的作用，而且從它的定位精度和運用廣度上來說，都具有很高的使用價值，因此日益受到廣大用戶的青睞。

近年來，正在發(fā)展一種被稱為PBN（中文意思是“基于性能的導(dǎo)航”系統(tǒng)），主要是依靠“全球衛(wèi)星定位”的精準(zhǔn)技術(shù)，將導(dǎo)航精度劃分為不同的等級，以保證飛機(jī)在不同地點具有所需要的精準(zhǔn)度，最小誤差在0.5海里之內(nèi)，其結(jié)果是可以加大航班的密度、提高安全性和可靠性，簡化導(dǎo)航過程等等……

三、結(jié)束語

總之，民航班機(jī)的快速、準(zhǔn)時、安全，都要依靠電磁波的傳播和人類掌握的技術(shù)設(shè)施，越來越完美的讓我們放心且舒適的旅行。