機(jī)載無線電羅盤電磁干擾研究

張全興

摘要：機(jī)載無線電羅盤是完成飛行訓(xùn)練任務(wù)的重要導(dǎo)航設(shè)備，其性能正常與否直接影響著飛行安全。本文首先闡述了無線電羅盤的工作原理，指出電磁干擾已成為制約羅盤定向的重要因素，具體分析了超短波電臺(tái)、電源和控制信號(hào)、廣播電臺(tái)對(duì)羅盤的電磁干擾，最后總結(jié)了機(jī)載無線電羅盤抑制電磁干擾的措施。

關(guān)鍵詞：機(jī)載無線電羅盤；電磁干擾；抑制

Keywords：airborne radio compass；electromagnetic interference；suppress

機(jī)載無線電羅盤是完成飛行訓(xùn)練任務(wù)的重要導(dǎo)航設(shè)備，其性能正常與否直接影響著飛行安全。本文旨在對(duì)無線電羅盤的工作原理和受電磁干擾的原因進(jìn)行分析，并提出機(jī)載無線電羅盤抑制電磁干擾的措施。

1 機(jī)載無線電羅盤定向原理

機(jī)載無線電羅盤能夠根據(jù)機(jī)場(chǎng)導(dǎo)航臺(tái)發(fā)射的無線電信號(hào)，通過航向指示器自動(dòng)指示導(dǎo)航臺(tái)的方位，引導(dǎo)飛機(jī)按照預(yù)先設(shè)定的航線進(jìn)行飛行和著陸，其功能正常與否對(duì)作戰(zhàn)訓(xùn)練和飛行安全起著重要作用。機(jī)載無線電羅盤由羅盤天線、羅盤收訊機(jī)、控制盒和航向指示器組成。在無線電羅盤天線接收到機(jī)場(chǎng)導(dǎo)航臺(tái)發(fā)射的無線電信號(hào)時(shí)，其環(huán)形天線和垂直天線能夠根據(jù)電波來向測(cè)出飛機(jī)縱軸與機(jī)場(chǎng)導(dǎo)航臺(tái)的夾角，然后通過航向指示器指示出此角度，即電臺(tái)相對(duì)方位角（DXF），飛行員由此可判定飛機(jī)所處的方位。在飛機(jī)著陸時(shí)，尤其在能見度不好的情況下，飛行員只要始終對(duì)準(zhǔn)羅盤航向指示器指示的0°飛行，配合無線電高度表、信標(biāo)機(jī)，就可以準(zhǔn)確找到機(jī)場(chǎng)跑道延長線，進(jìn)行安全著陸。

2 機(jī)載無線電羅盤受干擾因素

隨著作戰(zhàn)訓(xùn)練任務(wù)的增加，航空機(jī)載電子設(shè)備種類和數(shù)量越來越多、越來越復(fù)雜，而機(jī)上安裝空間有限，設(shè)備間電磁干擾不可避免。無線電羅盤的工作頻率最低且是純接收類產(chǎn)品，因此其他機(jī)載電子設(shè)備很容易對(duì)其產(chǎn)生干擾。目前，廣播電臺(tái)、電子產(chǎn)品等民用通信設(shè)備迅速發(fā)展，民用通信設(shè)備的工作頻率與無線電羅盤的工作頻率接近，且發(fā)射功率較大，產(chǎn)生的干擾場(chǎng)強(qiáng)也相應(yīng)較大，無疑會(huì)對(duì)機(jī)載羅盤產(chǎn)生電磁干擾。

形成電磁干擾有三個(gè)要素：干擾源、耦合通道和敏感器件。通常情況下，機(jī)載電子設(shè)備是成品件，隨飛機(jī)出廠時(shí)已固定安裝，因此提高無線電羅盤抗干擾能力主要通過修正耦合通道實(shí)現(xiàn)。耦合通道是把電磁干擾信號(hào)從干擾源傳輸?shù)綑C(jī)載羅盤的途徑。

3 典型干擾現(xiàn)象分析

下面通過幾個(gè)典型的干擾現(xiàn)象對(duì)機(jī)載無線電羅盤的受干擾情況進(jìn)行具體分析。

1）超短波電臺(tái)干擾機(jī)載無線電羅盤

超短波電臺(tái)的發(fā)射功率大于10W，工作頻率為30～400MHz，與無線電羅盤的工作頻率相差較大。理論上超短波電臺(tái)發(fā)射的信號(hào)不會(huì)對(duì)無線電羅盤產(chǎn)生干擾，但由于飛機(jī)的安裝空間狹小，電臺(tái)和羅盤的天線、饋線往往距離較近，超短波電臺(tái)的語音低頻信號(hào)容易傳輸?shù)綗o線電羅盤的變頻級(jí)，且場(chǎng)強(qiáng)能達(dá)到毫伏級(jí)，進(jìn)而對(duì)無線電羅盤的音頻和方位信號(hào)產(chǎn)生干擾。

某次對(duì)飛機(jī)進(jìn)行地面通電檢查時(shí)，當(dāng)按下電臺(tái)發(fā)射按鈕時(shí)，耳機(jī)內(nèi)羅盤接收的導(dǎo)航臺(tái)語音聲音增大，同時(shí)羅盤航向指示器擺動(dòng)5°左右；松開發(fā)射按鈕時(shí)，羅盤定向和語音恢復(fù)正常。對(duì)比其他飛機(jī)并無此現(xiàn)象。檢查羅盤收訊機(jī)、羅盤天線、饋線及搭鐵線連接情況，均符合要求。初步懷疑是羅盤機(jī)件性能下降，受到電臺(tái)發(fā)射的載波干擾，但依次更換羅盤收訊機(jī)、羅盤天線后，故障仍然存在。在從羅盤天線往收訊機(jī)方向檢查饋線時(shí)，發(fā)現(xiàn)羅盤饋線與電臺(tái)的高頻饋線在某一段捆扎在一起，兩條饋線屏蔽層直接接觸，中間無任何隔離措施，初步判定電臺(tái)發(fā)射的無線電波信號(hào)通過其高頻饋線耦合到了羅盤饋線上，進(jìn)而對(duì)羅盤的接收信號(hào)產(chǎn)生干擾。重新規(guī)范電臺(tái)饋線的走向，使其與羅盤饋線隔開，多次進(jìn)行通電檢查，故障現(xiàn)象徹底消失。

2）電源和控制信號(hào)干擾機(jī)載無線電羅盤

機(jī)載無線電羅盤工作需要外界供電系統(tǒng)提供電壓來保障，供電系統(tǒng)按來源可分為機(jī)上發(fā)電機(jī)和機(jī)外航空蓄電瓶、地面電源車供電，按性質(zhì)可分為直流27V和交流115V/400Hz。同時(shí)，在無線電羅盤中，也會(huì)輸入一些控制信號(hào)來改變其工作狀態(tài)。電源系統(tǒng)和控制信號(hào)電壓不穩(wěn)定、品質(zhì)較差時(shí)會(huì)產(chǎn)生紋波等干擾電壓，干擾電壓通過電源通路進(jìn)入羅盤放大處理單元，與有用信號(hào)進(jìn)行疊加、調(diào)制，從而對(duì)有用信號(hào)產(chǎn)生干擾，進(jìn)而影響無線電羅盤功能的正常實(shí)現(xiàn)。

某次用地面電源車對(duì)飛機(jī)進(jìn)行通電檢查時(shí)，發(fā)現(xiàn)羅盤航向指示器指針擺動(dòng)10°左右，且耳機(jī)內(nèi)語音信號(hào)有雜音，更換其他羅盤頻率通電，該現(xiàn)象仍然存在。當(dāng)?shù)孛骐娫窜囯x羅盤天線較遠(yuǎn)時(shí)，故障現(xiàn)象減弱；更換航空蓄電瓶進(jìn)行通電，無線電羅盤定向正常，語音信號(hào)清晰，故障現(xiàn)象消失，發(fā)動(dòng)機(jī)試車時(shí)進(jìn)行羅盤通電檢查，故障現(xiàn)象也消失；進(jìn)一步用示波器檢查地面電源車輸出的27V直流電壓波形，發(fā)現(xiàn)地面電源車的紋波電壓遠(yuǎn)大于標(biāo)準(zhǔn)值，可以判定是地面電源車產(chǎn)生的干擾信號(hào)影響了羅盤對(duì)有用信號(hào)的接收，從而影響了羅盤的導(dǎo)航和語音功能。對(duì)地面電源車的電瓶接線柱進(jìn)行清潔，檢查電源車接地良好，重新進(jìn)行羅盤通電檢查，羅盤定向準(zhǔn)確穩(wěn)定，語音信號(hào)清晰無雜音，故障徹底排除。

3）廣播電臺(tái)信號(hào)干擾機(jī)載無線電羅盤

早期由于機(jī)場(chǎng)地面導(dǎo)航臺(tái)數(shù)量不足，無線電羅盤的設(shè)計(jì)思想是利用廣播電臺(tái)發(fā)射的中波信號(hào)進(jìn)行定向，隨著技術(shù)的進(jìn)步，機(jī)場(chǎng)配套的地面導(dǎo)航臺(tái)已達(dá)足夠數(shù)量，不再需要使用廣播電臺(tái)進(jìn)行定向，但廣播電臺(tái)的數(shù)量仍增長迅速。無線電羅盤的工作頻率為150～1799kHz，廣播電臺(tái)的工作頻率一般為500～1700kHz，與無線電羅盤工作頻率有交叉，且發(fā)射功率較大，能達(dá)到20kW左右，必然會(huì)對(duì)無線電羅盤的接收端產(chǎn)生干擾。

廣播電臺(tái)信號(hào)對(duì)無線電羅盤產(chǎn)生干擾主要以交叉調(diào)制和互相調(diào)制兩種方式出現(xiàn)。交叉調(diào)制是指當(dāng)?shù)孛鎸?dǎo)航臺(tái)發(fā)出的有用信號(hào)和廣播電臺(tái)發(fā)出的干擾信號(hào)同時(shí)存在時(shí)，干擾信號(hào)寄生調(diào)制在無線電羅盤的工作頻率上，這種情況下即使是無線電羅盤接收機(jī)的濾波電路也不能對(duì)干擾信號(hào)進(jìn)行消除?；ハ嗾{(diào)制是指兩個(gè)廣播電臺(tái)信號(hào)先進(jìn)行互相調(diào)制后產(chǎn)生干擾信號(hào)，然后與有用信號(hào)同時(shí)進(jìn)入無線電羅盤接收端。

某次進(jìn)行導(dǎo)航科目訓(xùn)練，本場(chǎng)導(dǎo)航臺(tái)頻率為255kHz，飛行過程中多架飛機(jī)反映在飛機(jī)駛?cè)肽骋宦范胃浇鼤r(shí)，無線電羅盤航向指示器在360°范圍內(nèi)無規(guī)律擺動(dòng)，且耳機(jī)內(nèi)羅盤語音信號(hào)雜亂。由于是在特定地點(diǎn)才出現(xiàn)的故障現(xiàn)象，基本可以斷定是無線電羅盤受到此區(qū)域的電磁信號(hào)干擾，后來連續(xù)幾天的飛行中，飛行員反映此現(xiàn)象仍然存在。通信部門給無線電管理處發(fā)函反映此情況，事后與無線電管理處溝通了解到該路段存在一個(gè)頻率為580kHz的黑電臺(tái)，又因當(dāng)?shù)爻鞘行侣勵(lì)l道電臺(tái)頻率為837kHz，兩個(gè)廣播電臺(tái)信號(hào)的差值為257kHz，正好在本場(chǎng)導(dǎo)航臺(tái)工作頻率（255kHz）的頻帶之內(nèi)。對(duì)黑電臺(tái)取締后，飛機(jī)再通過此空域時(shí)機(jī)載無線電羅盤工作恢復(fù)正常。

4 機(jī)載無線電羅盤抑制電磁干擾基本方法

機(jī)載無線電羅盤抑制電磁干擾應(yīng)該從三方面入手：干擾源、耦合通道和提高自身性能。從理論上來說，抑制電磁干擾的首要途徑是從干擾源入手，但實(shí)際上有些干擾源是飛機(jī)正常配備的電子設(shè)備或是來自外界不可控因素，因此抑制電磁干擾主要從提高無線電羅盤接收端抗干擾能力和減弱電纜間的耦合兩方面入手，具體方法包括：1）提高無線電羅盤系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍要求；2）提高無線電羅盤接收機(jī)的選擇性；3）對(duì)機(jī)載電子設(shè)備和電纜做好屏蔽；4）在電源線、信號(hào)線的輸出端安裝濾波器； 5）電纜之間布局合理，接觸的地方用包扎帶纏繞隔離；6）各電子設(shè)備搭鐵線接地良好。

5 總結(jié)

機(jī)載無線電羅盤頻率低、工作在中長波段，屬于典型的敏感機(jī)件，雖然與飛機(jī)上其他的電子設(shè)備交聯(lián)不多，但時(shí)常會(huì)被干擾而產(chǎn)生語音噪聲、定向速度慢、羅盤指針擺動(dòng)大甚至不定向等故障，解決這些干擾可以通過合理安裝羅盤天線位置、提高羅盤自身性能、規(guī)范其他機(jī)載電子設(shè)備的信號(hào)強(qiáng)度來實(shí)現(xiàn)，同時(shí)還要查出外部的干擾源，比如廣播電臺(tái)、交聯(lián)的電源系統(tǒng)、線路的鋪設(shè)、電纜屏蔽線的搭鐵等，影響因素十分復(fù)雜，需要科學(xué)的分析和經(jīng)驗(yàn)的積累才能有效地排除干擾。