基于大區(qū)域運(yùn)行模式的甚高頻通信可靠性分析

摘要：甚高頻通信模式是遠(yuǎn)程、大規(guī)模通信的核心，它對(duì)高可靠度的要求很高。通過(guò)建立主、備用、應(yīng)急等多個(gè)立體聲傳輸模式，增強(qiáng)了 VHF通信的可靠性。本論文的重點(diǎn)是對(duì) VHF通信的完整性進(jìn)行研究，并對(duì)其可靠性進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，同時(shí)對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)，以期為相關(guān)工作提供參考。

關(guān)鍵詞：大區(qū)域運(yùn)行模式；高頻通信；可靠性

李晶（1992.06-），女，漢族，青海海東，本科，工程師，研究方向：民航通信工程。

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展，航空工業(yè)的安全發(fā)展受到了越來(lái)越多的重視。中國(guó)在廣州，北京，上海，成都，西安等地設(shè)立了多個(gè)區(qū)域監(jiān)控中心，以增強(qiáng)大范圍的運(yùn)營(yíng)能力，同時(shí)也為航空公司VHF通信的可靠性研究創(chuàng)造良好條件。

一、甚高頻通信系統(tǒng)簡(jiǎn)介

（一）民航數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)概述

隨著中國(guó)航空業(yè)的迅速發(fā)展以及科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，中國(guó)民航數(shù)據(jù)通信服務(wù)規(guī)模也在迅速增長(zhǎng)。但就現(xiàn)有的話音通信技術(shù)而言，由于通信通道擁擠，通信過(guò)程容易受人為干擾，嚴(yán)重影響了飛機(jī)的飛行安全與規(guī)劃。因此，在這樣的大環(huán)境下，地面與空中數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)得到了廣泛應(yīng)用，因?yàn)樗哂休^高的傳輸速度和抗干擾能力。地空數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)是一種低誤比特率、高可靠性的通信系統(tǒng)。中國(guó)的數(shù)據(jù)通信技術(shù)為航空運(yùn)輸系統(tǒng)提供了ATM、X.25/HDLC/SDLC、IP和語(yǔ)音等多個(gè)功能，為民用航空和專用網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通提供了基礎(chǔ)。這使得數(shù)據(jù)通信技術(shù)在民用航空領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，為中國(guó)民航各大機(jī)場(chǎng)的業(yè)務(wù)提供了較好的數(shù)據(jù)支撐和專用專線服務(wù)。它有助于協(xié)助航空公司完成交換機(jī)聯(lián)網(wǎng)、語(yǔ)音撥號(hào)等業(yè)務(wù)，并可針對(duì)民航空管業(yè)務(wù)的具體需求，提供不同規(guī)模、不同業(yè)務(wù)的 VPN應(yīng)用需求。

（二）民航甚高頻通信系統(tǒng)內(nèi)涵

VHF通信是民用航空通信中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。VHF通信系統(tǒng)在民用航空中扮演著重要角色，能夠提供民用飛機(jī)起飛所需的信息，并實(shí)現(xiàn)飛機(jī)與飛機(jī)、飛機(jī)與控制中心的數(shù)據(jù)交流和通信，從而使民航的雙向信息傳遞更加完善。因此，飛行員要熟練運(yùn)用VHF通信技術(shù)，并能適應(yīng)不同的工作需求。一般情況下，民用VHF的VHF頻率是118.000MHz～137.975MHz，而在通信期間，VHF的間隔區(qū)間為25kHz。這種頻率和間隔的限制會(huì)對(duì)VHF系統(tǒng)的使用產(chǎn)生一定的影響，需要采用合理的方法來(lái)解決這些問(wèn)題。

二、民航甚高頻通信系統(tǒng)無(wú)線電干擾的類(lèi)型及成因分析

（一）互調(diào)干擾

互調(diào)干擾主要是由于電路的非線性引起的。根據(jù)其位置的不同，可將其分成發(fā)送端和接收端兩類(lèi)。后者主要是指兩個(gè)以上的干擾信號(hào)結(jié)合在混合器的輸入上所構(gòu)成的。在第一種情況下，主要是由于發(fā)射機(jī)其它通道的傳輸信號(hào)與終端設(shè)備相連，所以在功率放大器電路中發(fā)送的信號(hào)經(jīng)過(guò)調(diào)制而得到新的頻率組合。這個(gè)干擾信號(hào)和一個(gè)有用的信號(hào)塊一起被傳輸，這樣就構(gòu)成了一個(gè)發(fā)送器的互調(diào)干擾。而互調(diào)干擾，不但會(huì)對(duì) VHF通信系統(tǒng)的通話品質(zhì)有很大的影響，而且會(huì)使信號(hào)失真，使塔臺(tái)與機(jī)載通信中斷，嚴(yán)重影響地面通信。

（二）交調(diào)干擾

民航甚高頻（VHF）通信系統(tǒng)無(wú)線電干擾是指在航空通訊中，通過(guò)VHF頻段進(jìn)行的無(wú)線電通訊受到意外的電磁波干擾，導(dǎo)致通信質(zhì)量下降或無(wú)法正常進(jìn)行通訊的現(xiàn)象。其中一種類(lèi)型的干擾是交調(diào)干擾。交調(diào)干擾是指在飛機(jī)內(nèi)部或周?chē)h(huán)境中發(fā)生的電子設(shè)備間相互之間的干擾。其成因主要有以下幾個(gè)方面：第一，飛機(jī)設(shè)備問(wèn)題。飛機(jī)內(nèi)設(shè)備的磨損或故障可能會(huì)產(chǎn)生電磁輻射，干擾相鄰設(shè)備的正常工作。第二，電磁兼容性問(wèn)題，飛機(jī)上安裝的不同設(shè)備和系統(tǒng)之間需要有效的電磁兼容性來(lái)避免干擾。如果這些設(shè)備未能滿足相關(guān)的電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)，就可能在使用過(guò)程中產(chǎn)生交調(diào)干擾。第三，飛機(jī)外部環(huán)境干擾。飛機(jī)處于復(fù)雜的電磁環(huán)境中，如雷暴、雷達(dá)信號(hào)或其他無(wú)線電源等。這些外界因素可能會(huì)影響飛機(jī)內(nèi)部無(wú)線電設(shè)備的正常工作，從而導(dǎo)致交調(diào)干擾的發(fā)生。第四，人為因素。人為操作不當(dāng)、設(shè)計(jì)缺陷或維護(hù)問(wèn)題均可能引發(fā)交調(diào)干擾。

（三）副波道干擾

這種中頻通道是由干擾與局部相結(jié)合而構(gòu)成的，它既是子波道，也是寄生通道。在這些信號(hào)中，子信道的干擾是最多的，而在中頻和圖像方面的干擾則是最多的。當(dāng)干擾信號(hào)與接收器的中頻頻率相近或相等時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生中頻干擾。當(dāng)干擾頻率與所接收的頻譜相對(duì)應(yīng)時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生圖像干擾。

（四）阻塞干擾

高功率的無(wú)線電波若接近接收機(jī)，會(huì)使接收端受到強(qiáng)烈訊號(hào)的干擾，若訊號(hào)受到干擾，則訊號(hào)的振幅會(huì)大幅下降，甚或不能接收，會(huì)嚴(yán)重影響接收機(jī)的正常工作。

三、民航甚高頻通信系統(tǒng)的問(wèn)題及相關(guān)的原因

無(wú)線電磁環(huán)境對(duì) VHF通信的影響非常顯著，主要表現(xiàn)為各種干擾，包括互調(diào)干擾、交調(diào)干擾、子信道干擾和阻塞干擾等。其中，互調(diào)干擾是由于電路的非線性而產(chǎn)生的?；フ{(diào)干擾主要分為發(fā)送器和接收器兩種類(lèi)型，根據(jù)發(fā)生干擾的位置不同而有所區(qū)分。在混合器的輸入端，通常會(huì)有兩種以上的干擾信號(hào)共同作用，從而導(dǎo)致互調(diào)干擾的產(chǎn)生。發(fā)射器型干擾的產(chǎn)生主要是由于發(fā)射端的發(fā)射信號(hào)。由于功率放大電路還傳送信號(hào)，兩個(gè)發(fā)射信號(hào)都有一個(gè)新的頻率組合，因此，有效的信號(hào)會(huì)被傳送到新的混合信號(hào)和新的混合信號(hào)中，從而產(chǎn)生了一個(gè)發(fā)射模式之間的相互干擾。如果接收機(jī)離大功率的無(wú)線電臺(tái)過(guò)近，就會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的信號(hào)干擾現(xiàn)象。當(dāng)干擾非常強(qiáng)烈時(shí)，信號(hào)被截?cái)?，有效信?hào)的輸出會(huì)受到很大影響，導(dǎo)致接收器無(wú)法正常工作，從而對(duì)接收器造成重大影響。這是一種阻止正常接收的方法。子信道或雜散通道的產(chǎn)生是由于與本機(jī)振蕩器的相位結(jié)合造成的。在常見(jiàn)的日常干擾中，子通道干擾是最普遍的一種。IF干擾是由干擾信號(hào)造成的，它與接收器的 IF頻率一樣。另外，當(dāng)干擾的頻率位于圖像的位置時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生圖像干擾。

四、甚高頻通信系統(tǒng)可靠性方面的影響因素

（一）VHF通信設(shè)備因素

為了保障 VHF通信系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，首先要保證通信設(shè)備自身的品質(zhì)。在 VHF通信中，硬件設(shè)備是實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信的物質(zhì)基礎(chǔ)。只有確保系統(tǒng)的整體性能和良好的性能，才能確保系統(tǒng)的實(shí)時(shí)、可靠。在民航行業(yè)，民航公司的客戶是一般民眾，而航空公司則是民航公司的客戶。目前，我國(guó)民航企業(yè)的資本儲(chǔ)備水平還存在著一定的差距。在VHF通信中，設(shè)備質(zhì)量、日常維護(hù)與維護(hù)是影響通信質(zhì)量的關(guān)鍵。另外，民用 VHF通信設(shè)備除了系統(tǒng)設(shè)備外，還包括一系列的地面通信設(shè)備。這些儀器的質(zhì)量與完整性將對(duì)地面與空中通信的質(zhì)量和效率產(chǎn)生重要影響。如果出現(xiàn)故障，可能會(huì)引起技術(shù)人員進(jìn)行錯(cuò)誤的技術(shù)判斷，從而產(chǎn)生嚴(yán)重后果。這是影響飛機(jī)飛行和指揮安全的一個(gè)重要因素。

（二）互調(diào)干擾

民用 VHF通信線路具有很強(qiáng)的非線性特性，因此很容易產(chǎn)生互調(diào)干擾。由于互調(diào)干擾的存在，將會(huì)對(duì) VHF通信系統(tǒng)的安全性產(chǎn)生不利影響，從而導(dǎo)致信號(hào)不穩(wěn)定，甚至導(dǎo)致控制臺(tái)失去對(duì)飛機(jī)的控制，給民航的正常運(yùn)行帶來(lái)很大的危害?；フ{(diào)干擾可分為發(fā)送端干擾和接收端干擾兩類(lèi)。盡管兩種干擾有不同的起因，但都會(huì)產(chǎn)生較大的互調(diào)干擾，對(duì)飛機(jī)的正常運(yùn)行產(chǎn)生一定影響。

（三）地空通信電臺(tái)干擾

航空公司的高風(fēng)險(xiǎn)使得其安全問(wèn)題日益突出。當(dāng)前，民航通信安全、運(yùn)營(yíng)安全等問(wèn)題越來(lái)越受到人們的重視。隨著計(jì)算機(jī)、通信、智能等技術(shù)的不斷發(fā)展， EMI問(wèn)題日益凸顯。我國(guó)正面臨著日益嚴(yán)峻的無(wú)線和 EMI等問(wèn)題。民用航空 VHF地面通信系統(tǒng)在使用時(shí)，若出現(xiàn) EMI，將會(huì)對(duì)地面與空中的通信造成直接的影響。其最直接的后果就是飛行員不能清晰地接到控制人員的指示，控制人員也不能與駕駛員進(jìn)行有效交流，從而導(dǎo)致飛機(jī)飛行安全問(wèn)題。另外，若民用 VHF地面通信臺(tái)在通信過(guò)程中遇到其它外界信號(hào)的干擾，如惡劣天氣、突發(fā)事件等，無(wú)法及時(shí)應(yīng)對(duì)，將會(huì)造成嚴(yán)重的航空安全事故。在此背景下，為改善民航 VHF通信系統(tǒng)的工作效率，必須解決干擾問(wèn)題，并制定相應(yīng)的優(yōu)化措施。

（四）終端設(shè)備故障

在民用航空 VHF通信中，除設(shè)備本身的品質(zhì)及干擾因素之外，終端故障對(duì) VHF通信的可靠性有很大的影響。在系統(tǒng)的運(yùn)行中，若操作終端發(fā)生故障，將會(huì)引起多個(gè)部件的失效，嚴(yán)重的可能造成整個(gè)系統(tǒng)的崩潰。當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，要進(jìn)行定位和排除，依據(jù)技術(shù)說(shuō)明書(shū)對(duì)故障原因進(jìn)行分析，并據(jù)此制訂相應(yīng)的解決辦法。除常見(jiàn)的故障外，終端設(shè)備也有可能出現(xiàn)異常觸摸、線路異常、通信語(yǔ)音等問(wèn)題，必須依據(jù)系統(tǒng)的類(lèi)型來(lái)確定故障的具體部位，以確定故障的原因，如有異常的參數(shù)或零件，則需依據(jù)判斷進(jìn)行維修和替換。

五、提高甚高頻通信可靠性的方法

（一）建立異地備份甚高頻臺(tái)

遠(yuǎn)程備份是指在不同的位置，根據(jù)通信數(shù)據(jù)的采集需求，建立多個(gè) VHF備用站。更多的號(hào)碼意味著更安全的交流。中國(guó)西北空管理局和西安空管中心對(duì)高海拔地區(qū)實(shí)施了“雙覆蓋”，以保證各地區(qū)的“扇區(qū)”覆蓋。若在所要覆蓋的地區(qū)中設(shè)有三個(gè)以上的頻段，則可實(shí)現(xiàn)99%的裝備保障。

（二）多個(gè)相互獨(dú)立運(yùn)營(yíng)商提供通信傳輸鏈路

遠(yuǎn)程備份的目的是提高通信傳輸?shù)目煽啃?，特別是在傳輸鏈路容易出現(xiàn)故障的情況下。以某中國(guó)航空公司為例，其采用的運(yùn)行方式為“雙鏈路”。在VHF主傳送裝置FA16的傳輸鏈路上，有兩個(gè)傳輸鏈路與不同的運(yùn)營(yíng)商相連。通過(guò)使用不同運(yùn)營(yíng)商的傳輸鏈路，可以降低單一運(yùn)營(yíng)商傳輸鏈路故障對(duì)通信的影響。這種方式可以提高主要傳輸鏈路的可靠性。在VHF后備傳送裝置FA36傳輸鏈路中，主要使用KU和C頻段進(jìn)行傳輸。這樣可以實(shí)現(xiàn)VHF空對(duì)地后備呼叫。采用不同頻段的傳輸鏈路可以進(jìn)一步提高通信系統(tǒng)的可靠性。

（三）將業(yè)務(wù)接入至不同的設(shè)備

通過(guò)對(duì)并聯(lián)結(jié)構(gòu)的分析，得出了并聯(lián)結(jié)構(gòu)對(duì)提高系統(tǒng)的可靠性有很大的影響。在不同的扇區(qū)和位置之間建立并聯(lián)連接時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行選擇，以確保各模塊間的備份和冗余。此外，在為了保證并聯(lián)的合理性，還必須考慮到所需的電纜和供電的形式。

（四）減少高頻信號(hào)傳輸環(huán)節(jié)

為了增強(qiáng)超高發(fā)射信號(hào)的強(qiáng)度，必須在發(fā)射時(shí)增加串聯(lián)鏈路，并對(duì)其進(jìn)行可靠性分析。如果要減小信號(hào)傳送鏈路，可以實(shí)現(xiàn)多跳的信號(hào)傳送。這意味著信號(hào)會(huì)經(jīng)過(guò)多個(gè)中繼站傳送，從而增加了傳送的距離和路徑，但也增加了信號(hào)的傳輸時(shí)間和可能的干擾。通過(guò)對(duì)西北 VHF遠(yuǎn)程控制臺(tái)所采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)其信號(hào)的傳遞比較有條理，這說(shuō)明該系統(tǒng)的傳送路徑較為簡(jiǎn)化和優(yōu)化。為了改善傳送系統(tǒng)的性能，可以采用一般的接收和傳送方式，而不是采用特定的串行方式。國(guó)內(nèi)的 VHF通信系統(tǒng)采用FA16和FA36，這是串行方式的協(xié)議。為了提高高頻信號(hào)的傳輸可靠性，必須對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)化，減少多跳的概率，并增加共用的發(fā)射和接收方式。

（五）提高內(nèi)話系統(tǒng)的可靠性

本區(qū)域主要采用傳輸、VHF及內(nèi)部控制中心等方式。為了提高VHF通信系統(tǒng)的可靠性，必須對(duì)本地區(qū)的年度可靠度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，找出整體可靠性，在VHF通信系統(tǒng)中加入對(duì)講系統(tǒng)的并行方式，以提高系統(tǒng)的可靠性。

（六）加強(qiáng)異地備份工作

加強(qiáng)民航 VHF通信系統(tǒng)的遠(yuǎn)程后備工作，是保障 VHF通信系統(tǒng)可靠度的重要保障。根據(jù)不同地區(qū)的特殊條件，可以進(jìn)行VHF通信平臺(tái)備份工作，特別是在相同區(qū)域內(nèi)。備份可以在不同位置進(jìn)行，以確保VHF通信系統(tǒng)的可靠性。在備份過(guò)程中，需要根據(jù)本區(qū)域的特點(diǎn)對(duì) VHF通信平臺(tái)進(jìn)行控制。一般而言，備份的平臺(tái)數(shù)量在3個(gè)左右是適宜的。這樣的備份工作可以為民用 VHF通信系統(tǒng)提供可靠的保障。在高空扇區(qū)的遠(yuǎn)程備份中，扇區(qū)的工作狀況是保證通信質(zhì)量的關(guān)鍵。通常情況下，兩個(gè)VHF通信平臺(tái)都是必需的。經(jīng)試驗(yàn)和分析表明，在相同扇區(qū)下使用多個(gè)VHF通信平臺(tái)是影響穩(wěn)定性的重要因素。增加民用VHF通信平臺(tái)的數(shù)量既可以降低信道干擾，也可以確保VHF通信系統(tǒng)的可靠性，進(jìn)而確保飛機(jī)的安全運(yùn)行。

（七）注重優(yōu)化通信干線

為了保證民用 VHF通信系統(tǒng)的可靠度，必須著重對(duì)通信干線進(jìn)行優(yōu)化，以解決主干線布線時(shí)的不穩(wěn)定問(wèn)題。在前期的準(zhǔn)備工作中，維修技術(shù)人員要對(duì)主干線的運(yùn)行狀況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并對(duì)故障信息進(jìn)行匯總，同時(shí)對(duì)通信網(wǎng)的主干進(jìn)行處理。在這個(gè)階段，我們要堅(jiān)持實(shí)事求是的基本方針。為了保證民用VHF通信系統(tǒng)的可靠性，必須結(jié)合不同的供貨商，對(duì)不同的通信線路進(jìn)行分析和理解。比如在通信干線優(yōu)化時(shí)，可以充分利用雙主干線的優(yōu)點(diǎn)，將電信網(wǎng)和聯(lián)通網(wǎng)相結(jié)合，二者均為2M線。這樣的模型在實(shí)際中具有明顯的優(yōu)勢(shì)。當(dāng)主干線出現(xiàn)故障時(shí)，備用中繼能及時(shí)傳送信息。該方法以衛(wèi)星為主要傳輸手段，采用雙主干線，能有效避免外部因素的影響，并能有效保障VHF通信系統(tǒng)的正常工作，防止信息丟失。

（八）加強(qiáng)頻率管理

對(duì)于民航VHF地空通信面臨的多種干擾因素影響，我們需要進(jìn)行全面的分析和優(yōu)化。單一的方法和技術(shù)無(wú)法徹底解決這些問(wèn)題，因此需要從基層治理著手，全面剖析，找出問(wèn)題的根本原因，并結(jié)合已有的技術(shù)不斷改進(jìn)和完善頻率管理。為降低同頻干擾，我們需要保證射頻保護(hù)率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于接收機(jī)輸入，同時(shí)降低干擾信號(hào)的強(qiáng)度，使其不大于射頻信號(hào)的50%。另外，在進(jìn)行頻率控制時(shí)，必須對(duì) RF的保護(hù)比率進(jìn)行科學(xué)的分析。比如，在山區(qū)等邊遠(yuǎn)地區(qū)，可以采用窄帶調(diào)頻方式，并確保頻率保護(hù)比率在10-2dB以上，而15dB的調(diào)幅方式會(huì)有一定的局限性。另外，在地面通信臺(tái)的間距上，規(guī)定了5倍以上的超短波通信距離，以作為同一通道的復(fù)用距離。對(duì)于偏遠(yuǎn)地區(qū)、地形復(fù)雜和環(huán)境惡劣的地區(qū)，可以適當(dāng)考慮將射程設(shè)定為4倍。在頻率管理方面，需要加強(qiáng)對(duì)設(shè)備的使用和維修，并建立監(jiān)測(cè)站點(diǎn)，以便掌握干擾的方位和方位，并在今后的工作中采取預(yù)防措施。

（九）加強(qiáng)設(shè)備維護(hù)工作

確保設(shè)備的維修和檢修工作是民航通信系統(tǒng)中最關(guān)鍵的一環(huán)。近年來(lái)，中國(guó)民用航空事業(yè)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，因此對(duì)設(shè)備的維護(hù)和操作人員的技巧評(píng)價(jià)也變得尤為重要。尤其是民用通信系統(tǒng)出現(xiàn)的故障，需要進(jìn)行定期地維護(hù)和檢修。有關(guān)員工及操作人員也要定期進(jìn)行有關(guān)的操作和工作技巧的評(píng)價(jià)。另外，要按照民航相關(guān)任務(wù)、公司的要求和業(yè)務(wù)需求，制訂科學(xué)的設(shè)備使用制度，保證對(duì)人負(fù)責(zé)，在航站樓出現(xiàn)故障時(shí)，能夠履行職責(zé)，排除故障，保證終端的正常運(yùn)行。

六、結(jié)束語(yǔ)

隨著我國(guó)航空業(yè)的發(fā)展和通信技術(shù)的進(jìn)步，VHF通信系統(tǒng)在民用航空領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，但同時(shí)也面臨一些問(wèn)題。為此，在我國(guó)民航事業(yè)發(fā)展過(guò)程中，除了加強(qiáng)對(duì)通信設(shè)備的更新與維修外，還應(yīng)積極引進(jìn)技術(shù)人才，爭(zhēng)取技術(shù)上的突破，從設(shè)備改造、抗干擾等幾個(gè)方面，進(jìn)一步提升民航 VHF通信系統(tǒng)的可靠性。

作者單位：李晶 中國(guó)民用航空新疆空中交通管理局

參? 考? 文? 獻(xiàn)

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