電磁干擾環(huán)境下的航空通信距離計算分析

胡自立

（民航西南空管局技術(shù)保障中心，四川 成都 610000）

航空通信指的是飛行器和飛行器之間或者飛行器和地面之間的無線電通信。隨著中國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及技術(shù)水平的提升，中國電力技術(shù)飛速發(fā)展使得無線通信面臨著更加復(fù)雜的電磁環(huán)境，除了自然電磁的干擾以外還存在人為環(huán)境的干擾，因此需要對電磁干擾環(huán)境下的航空通信距離進(jìn)行計算，從而可以優(yōu)化具體應(yīng)用的效果，進(jìn)而可以推進(jìn)系統(tǒng)的作用可以得到有效的發(fā)揮。

1 航空通信場景

航空通信系統(tǒng)受到電磁干擾時的通信場景是由兩個通信終端和干擾終端組成，干擾終端發(fā)射噪聲調(diào)制類型的干擾信號，對兩個通信終端之間的航空通信信息實行同頻干擾。航空通信距離指的是通過通信終端在干擾終端的電磁干擾下，可以相互接收對方有用信號的最大距離。在系統(tǒng)運行的時候如果干擾終端和兩通信終端的位置及距離存在差異，會產(chǎn)生不同的干擾導(dǎo)致兩種接收距離存在比較明顯的差異[1]。

在通過計算的時候可以采用：干擾鏈路2=干擾鏈路1+通信鏈路。其中，干擾線路1指的是干擾終端和通信終端1之間的鏈路dj；干擾線路2指的是干擾終端和通信終端2之間的鏈路，可以用Duj表示；通信鏈路指的是兩個通信終端之間的距離du。進(jìn)而可以得出表達(dá)式Duj=dj+du。

通信終端需要接收到的有用信號滿足一定條件才可以保證航空通信的質(zhì)量，信號質(zhì)量常采用信干噪比SINR表征，滿足接收端SINR需求的時候?qū)?yīng)的收發(fā)兩端距離，這就是通信距離的實際概念。

2 鏈路計算

2.1 信號或者干擾強(qiáng)度的計算

通過對上文分析的實際結(jié)果以及根據(jù)無線電信號的收、發(fā)過程，可以按照以下公式進(jìn)行接收端受到的信號以及干擾強(qiáng)度的計算：

式（1）中：S為接收到的信號強(qiáng)度；Pt為發(fā)射端的全向輻射功率；Gt為發(fā)射天線增益；Gr為接受天線增益；Lt為發(fā)射端射頻線路衰減；Lr為接受端射頻線路衰減；Lf為空間傳輸衰減；Lp為天線極化衰減。

上述參數(shù)的單位為dB，在自由空間的狀態(tài)下，通過對公式進(jìn)行近一步的計算，可以得出Lf空間傳輸衰減的計算公式為：

式（2）中：f為無線電信號的頻率，MHz；d為收發(fā)兩端的距離，km。

為了方便進(jìn)行計算，假設(shè)系統(tǒng)在比較平穩(wěn)的條件下運行，可以假定參數(shù)為Gt=Gr=-10 dB，Lt=Lr=1 dB，Lp=0 dB，f=150 MHz。

通過對上述的公式以及數(shù)值進(jìn)行代入以及計算可以得出最后的表達(dá)式S=Pt-97.9-20lg（d）。

2.2 噪音的計算

一般而言，航空通信的噪聲主要涵蓋兩種即熱噪聲以及系統(tǒng)噪聲。熱噪聲指的是航空通信系統(tǒng)內(nèi)部的電子由于隨機(jī)波動的影響而導(dǎo)致的，其公式為：

式（3）中：ni為熱噪聲電平；k為波爾茲曼常數(shù)，k=1.38×10-23J/K；t為接收機(jī)的噪音溫度，K；B為帶寬，Hz。為了簡化計算的過程，優(yōu)化計算的實際效果，本次計算的時候假定t=290 K，從而可以計算出參考噪聲功率[2]。

假設(shè)本次系統(tǒng)運行的時候，天線以及傳輸線的溫度等于參考溫度時，可以得到噪聲因子n的計算公式：

式（4）中：na為外部噪音因子；Lc為天線的損耗因子；Ll為傳輸線相關(guān)的損耗因子；nr為接收機(jī)噪音因子，其具體的數(shù)值是由接收機(jī)自身的特性決定的。na的數(shù)值和接收機(jī)內(nèi)部的熱噪聲功率有關(guān)，在進(jìn)行估算的時候可以根據(jù)ITU建議書的噪聲中值曲線進(jìn)行計算，可以得出na的計算公式為：

式（5）中：c和d為工作環(huán)境種類相關(guān)的常數(shù)，其數(shù)值視自身所處的環(huán)境而定，即c的數(shù)值在城市為76.8，郊區(qū)為72.5，農(nóng)村為67.2；d的數(shù)值在城市、郊區(qū)以及農(nóng)村條件的數(shù)值都為27.7。在運行的時候?qū)o線電接機(jī)工作環(huán)境溫度設(shè)置為參考溫度，這個時候接收機(jī)的總噪聲功率N的數(shù)值等于系統(tǒng)噪聲和熱噪聲的總和，其數(shù)值表示為：

式（6）中：n為系統(tǒng)噪聲，其計算公式如同上文所示。

3 航空通訊距離的計算

3.1 最大航空通信距離的選擇流程

在計算通信距離的時候，常采用信噪比距離和信干噪比距離。信噪比距離指的是系統(tǒng)在干擾條件下不存在人為因素影響的對應(yīng)距離叫做信噪比距離，存在人為干擾的時候的距離是信干噪比距離。

實際上，信噪比距離或者信干噪比距離存在一個不大于視距的統(tǒng)一的前提，在進(jìn)行最大距離的選擇的時候需要嚴(yán)格遵循這一原則。在這個前提條件下，無擾視距如果大于或者等于信噪比距離代表著最大通信距離就是信噪比距離。如果干擾鏈路視距的數(shù)值比信干噪比距離的數(shù)值大，就說明最大通信距離和信干噪比距離相符合，否則將最大通信距離設(shè)置為有擾鏈路視距。

3.2 無擾視距的計算

無擾視距通信必須存在一定的必要條件，即是通信鏈路距離不會受到視距的影響，而干擾鏈路距離會受到視距的影響，其具體的計算公式為：

式（7）中：hr、hu以及hj分別表示的是接收端、發(fā)射端和干擾端的高度，m。

在進(jìn)行計算的時候可以將上文中的公式Duj＝dj+du進(jìn)行進(jìn)一步的計算，并且設(shè)定，從而可以得出相應(yīng)的計算式為：

通過上述的公式進(jìn)行計算可以得到通信鏈路距離的最大值就是無擾視距。

3.3 有擾視距的計算

有擾視距通信的必要條件是通信和干擾鏈路的運行不會受到視距的影響，其具體的計算公式為：

之后在將公式Duj＝dj+du進(jìn)行進(jìn)一步的代入可以得到公式：。

3.4 信干噪比的計算

在本次計算的過程中，假設(shè)干擾和噪音之間的關(guān)系是相對獨立的，二者通過加性噪聲輸入到接收端，在這種前提下，系統(tǒng)除了發(fā)射功率和路徑衰減存在差異以外，其他參數(shù)不會發(fā)生變化，從而可以得出SINR的計算公式為：

將Pt和Pj轉(zhuǎn)換為通信端和干擾端的功率的非對數(shù)形式，單位為W，并在計算時設(shè)Pj=Pt·a，另外在進(jìn)行計算的時候?qū)⒃O(shè)置的SINR值的對數(shù)形式用l表示，再進(jìn)行公式的代入，可以得到的計算公式為。

4 結(jié)論

在電磁干擾環(huán)境當(dāng)中，相關(guān)人員務(wù)必要在分析干擾源及干擾量的基礎(chǔ)上，對信號干擾強(qiáng)度、信干噪比、有擾視距等進(jìn)行合理運算，從而獲得航空通信距離的準(zhǔn)確計算結(jié)果，為航空安全的有效保障提供有力數(shù)據(jù)支持。