民航KU 波段衛(wèi)星地面站設(shè)備故障分析與維護(hù)

焦洋

（中國民用航空華北地區(qū)空中交通管理局天津分局，天津 300300）

民航KU 波段衛(wèi)星地面站是一種利用KU 波段衛(wèi)星通信技術(shù)，為民航提供高速、高質(zhì)量、高可靠性的數(shù)據(jù)、語音和視頻傳輸服務(wù)的系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由空間段、地面段和業(yè)務(wù)段三部分組成，其中地面段包括中心站、遠(yuǎn)程站和監(jiān)控站，以及各類設(shè)備，如天線、變頻器、功放、VSATPlusII/VSATPlusIIe 等。這些設(shè)備是衛(wèi)星通信的重要組成部分，需確保設(shè)備正常運(yùn)行，避免影響民航業(yè)務(wù)通信質(zhì)量。

1 民航KU 波段衛(wèi)星地面站系統(tǒng)概述

民航KU 波段衛(wèi)星地面站系統(tǒng)是指利用KU 波段衛(wèi)星通信技術(shù)，為民航提供高速、高質(zhì)量、高可靠性的數(shù)據(jù)、語音和視頻傳輸服務(wù)的系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由以下幾部分組成：（1）空間段。使用亞洲4 號(hào)衛(wèi)星作為通信載體，該衛(wèi)星是一顆大功率三軸穩(wěn)定式通信衛(wèi)星，工作在C 波段、KU 波段，覆蓋范圍包括中國、東南亞、澳大利亞和太平洋地區(qū)。（2）地面段。包括中心站、遠(yuǎn)程站和監(jiān)控站。中心站負(fù)責(zé)與衛(wèi)星進(jìn)行雙向通信，以及與遠(yuǎn)程站和監(jiān)控站進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和管理。遠(yuǎn)程站負(fù)責(zé)與中心站進(jìn)行雙向通信，提供本地業(yè)務(wù)接入及處理服務(wù)。監(jiān)控站負(fù)責(zé)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。（3）業(yè)務(wù)段。包括各類民航業(yè)務(wù)系統(tǒng)，如飛行計(jì)劃、空中交通管制、氣象信息、飛行安全、機(jī)場管理等，以及其他需要使用衛(wèi)星通信的用戶系統(tǒng)。

民航KU 波段衛(wèi)星地面站系統(tǒng)的工作原理是：用戶端設(shè)備將業(yè)務(wù)信號(hào)通過室內(nèi)單元機(jī)箱（VSATPlusII、VSATPlusIIe）進(jìn)行信號(hào)處理（中頻和數(shù)字信號(hào)）后傳輸至室外單元（變頻器和功放），室外單元進(jìn)行信號(hào)變頻（射頻信號(hào)）和放大后，通過衛(wèi)星天線上行發(fā)射傳輸上星。衛(wèi)星接收到上行信號(hào)后，進(jìn)行頻率轉(zhuǎn)換和放大，然后通過下行波束覆蓋到地面。地面站接收到下行信號(hào)后，經(jīng)過室外單元、室內(nèi)單元的逆向處理，還原出原始的業(yè)務(wù)信號(hào)，發(fā)送至用戶端設(shè)備。民航KU 波段衛(wèi)星地面站系統(tǒng)的主要設(shè)備包括：（1）衛(wèi)星天線。用于收發(fā)衛(wèi)星信號(hào)，一般采用拋物面反射器天線，直徑1.2 ～3.7m，根據(jù)不同的安裝方式分為固定式、自動(dòng)跟蹤式和移動(dòng)式。（2）變頻器。用于將中頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為射頻信號(hào)或?qū)⑸漕l信號(hào)轉(zhuǎn)換為中頻信號(hào)。（3）功放。用于對(duì)射頻信號(hào)進(jìn)行放大，一般采用固態(tài)功放或行波管功放。（4）VSATPlusII/VSATPlusIIe。集成調(diào)制/解調(diào)器、編碼/解碼器、路由器等功能的室內(nèi)單元機(jī)箱，支持多種調(diào)制方式和編碼方式，能夠?qū)崿F(xiàn)高效率的數(shù)據(jù)傳輸。（5）監(jiān)控終端。用于對(duì)衛(wèi)星地面站的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行設(shè)置、查詢和控制，以及對(duì)故障進(jìn)行診斷、處理。

2 民航KU 波段衛(wèi)星地面站設(shè)備故障分析與排除

2.1 天線故障

天線故障主要表現(xiàn)為天線指向不準(zhǔn)確、天線驅(qū)動(dòng)失效、天線反饋異常等，可能導(dǎo)致通信中斷或質(zhì)量下降。

天線故障的原因可能有以下幾種：（1）天線安裝不規(guī)范，導(dǎo)致天線結(jié)構(gòu)變形或松動(dòng)，影響天線指向精度。（2）天線驅(qū)動(dòng)電機(jī)或傳感器損壞，導(dǎo)致天線無法正常轉(zhuǎn)動(dòng)或定位，影響天線指向精度。（3）天線控制器或監(jiān)控終端設(shè)置錯(cuò)誤，導(dǎo)致天線參數(shù)不匹配或指令錯(cuò)誤，影響天線指向精度。（4）天氣因素，如風(fēng)力、雨雪、雷電等，導(dǎo)致天線受到外力或電磁干擾，影響天線指向精度。

天線故障的排除方法有以下幾種：（1）檢查天線結(jié)構(gòu)是否完好，是否有變形或松動(dòng)的現(xiàn)象，如果有，應(yīng)及時(shí)修復(fù)或更換。（2）檢查天線驅(qū)動(dòng)電機(jī)和傳感器是否正常工作，是否有損壞或老化的現(xiàn)象，如果有，應(yīng)及時(shí)修復(fù)或更換。（3）檢查天線控制器和監(jiān)控終端的設(shè)置是否正確，是否與衛(wèi)星參數(shù)一致，如果不一致，應(yīng)及時(shí)調(diào)整或重新設(shè)置。（4）檢查天氣情況是否適合進(jìn)行衛(wèi)星通信，如不適合，應(yīng)等待天氣改善后再進(jìn)行通信。

例如，某遠(yuǎn)程站負(fù)責(zé)提供民航飛行計(jì)劃和空中交通管制業(yè)務(wù)。該站使用的是自動(dòng)跟蹤式2.4mKU 波段衛(wèi)星天線。在2023 年7 月15 日下午進(jìn)行衛(wèi)星通信時(shí)，該站發(fā)現(xiàn)通信質(zhì)量突然下降，載噪比從正常值20dB 降到了15dB 以下，誤碼率從正常值10-6升到了10-4以上。該站立即通過監(jiān)控終端檢查天線指向參數(shù)，發(fā)現(xiàn)天線指向偏離了衛(wèi)星方位角。該站所在地區(qū)剛剛經(jīng)歷了一場大風(fēng)暴，風(fēng)速達(dá)到8 級(jí)以上，可能導(dǎo)致天線受到風(fēng)力作用而偏移。為恢復(fù)通信質(zhì)量，該站通過監(jiān)控終端重新發(fā)送校準(zhǔn)指令，使天線重新對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星。經(jīng)過幾分鐘的調(diào)整，天線指向參數(shù)恢復(fù)到正常范圍內(nèi)。通過監(jiān)控終端檢查通信質(zhì)量參數(shù)，發(fā)現(xiàn)載噪比恢復(fù)到了20dB 以上，誤碼率恢復(fù)到了10-6以下。通過與中心站和其他遠(yuǎn)程站進(jìn)行語音和數(shù)據(jù)測試，確認(rèn)通信質(zhì)量恢復(fù)正常。為防止類似的故障再次發(fā)生，該站加強(qiáng)了天線結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性，定期檢查天線指向精度。

2.2 變頻器故障

變頻器故障主要表現(xiàn)為變頻器輸出功率不足、變頻器輸出頻率不穩(wěn)定、變頻器本振失鎖等，可能導(dǎo)致通信中斷或質(zhì)量下降。變頻器故障的原因可能有以下幾種：變頻器供電不穩(wěn)定，導(dǎo)致變頻器工作不正常；變頻器內(nèi)部元件損壞或老化，導(dǎo)致變頻器性能下降；變頻器與天線或功放的連接不良，導(dǎo)致變頻器輸出信號(hào)衰減或干擾；變頻器的設(shè)置錯(cuò)誤，導(dǎo)致變頻器輸出信號(hào)與衛(wèi)星信號(hào)不匹配。變頻器故障的排除方法有以下幾種：（1）檢查變頻器的供電是否穩(wěn)定，是否有波動(dòng)或斷電的現(xiàn)象，如果有，應(yīng)及時(shí)恢復(fù)或更換。（2）檢查變頻器的內(nèi)部元件是否正常工作，是否有損壞或老化的現(xiàn)象，如果有，應(yīng)及時(shí)修復(fù)或更換。（3）檢查變頻器與天線或功放的連接是否牢固，是否有松動(dòng)或腐蝕的現(xiàn)象，如果有，應(yīng)及時(shí)清理或更換。（4）檢查變頻器的設(shè)置是否正確，是否與衛(wèi)星參數(shù)一致，如果不一致，應(yīng)及時(shí)調(diào)整或重新設(shè)置。

例如，某中心站主要負(fù)責(zé)提供民航飛行安全和機(jī)場管理業(yè)務(wù)。該站使用的是RFB-500Ku 型KU 波段衛(wèi)星收發(fā)器，其中包含變頻器模塊。在2022 年6 月14 日上午進(jìn)行衛(wèi)星通信時(shí)，該站發(fā)現(xiàn)通信質(zhì)量突然下降。該站立即通過監(jiān)控終端檢查變頻器輸出功率和輸出頻率，發(fā)現(xiàn)變頻器輸出功率低于正常值50W，只有40W 左右，而輸出頻率也有微小波動(dòng)。該站所用變頻器已使用五年以上，可能導(dǎo)致變頻器內(nèi)部元件老化或損壞。為恢復(fù)通信質(zhì)量，該站調(diào)整變頻器輸出功率、輸出頻率，使之達(dá)到最佳值。經(jīng)過多次嘗試最終將變頻器輸出功率提高到45W，而輸出頻率穩(wěn)定在14.25GHz。通過與衛(wèi)星和其他地面站進(jìn)行語音測試，確認(rèn)通信質(zhì)量恢復(fù)正常。

2.3 功放故障

功放故障主要表現(xiàn)為功放輸出功率不足、功放輸出信號(hào)失真、功放過熱或過載等，可能導(dǎo)致通信中斷或質(zhì)量下降。功放故障的原因可能有以下幾種：功放供電不穩(wěn)定，導(dǎo)致功放工作不正常；功放內(nèi)部元件損壞或老化，導(dǎo)致功放性能下降；功放與變頻器或天線的連接不良，導(dǎo)致功放輸出信號(hào)衰減或干擾；功放設(shè)置錯(cuò)誤，導(dǎo)致功放輸出信號(hào)與衛(wèi)星信號(hào)不匹配。功放故障排除方法有以下幾種：（1）檢查功放的供電是否穩(wěn)定，是否有波動(dòng)或斷電的現(xiàn)象，如果有，應(yīng)及時(shí)恢復(fù)或更換。（2）檢查功放的內(nèi)部元件是否正常工作，是否有損壞或老化的現(xiàn)象，如果有，應(yīng)及時(shí)修復(fù)或更換。（3）檢查功放與變頻器或天線的連接是否牢固，是否有松動(dòng)或腐蝕的現(xiàn)象，如果有，應(yīng)及時(shí)清理或更換。（4）檢查功放的設(shè)置是否正確，是否與衛(wèi)星參數(shù)一致，如果不一致，應(yīng)及時(shí)調(diào)整或重新設(shè)置。

例如，某監(jiān)控站主要負(fù)責(zé)對(duì)民航KU 波段衛(wèi)星地面站系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，使用TWTA-400Ku 型KU 波段衛(wèi)星行波管功放。2021 年5 月23 日下午進(jìn)行衛(wèi)星通信時(shí)，該站通信質(zhì)量突然下降。該站立即通過監(jiān)控終端檢查功放輸出功率和輸出信號(hào)質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)功放輸出功率低于正常值400W，只有300W 左右，而輸出信號(hào)質(zhì)量也有明顯失真。為恢復(fù)通信質(zhì)量，該站調(diào)整功放輸出功率、輸出信號(hào)質(zhì)量，使之達(dá)到最佳值。經(jīng)過多次嘗試，最終將功放輸出功率提高到350W，而輸出信號(hào)質(zhì)量也得到改善。

2.4 VSATPlusII/VSATPlusIIe 故障

VSATPlusII/VSATPlusIIe 故障主要表現(xiàn)為無法開機(jī)、無法與衛(wèi)星或地面站通信、無法處理業(yè)務(wù)信號(hào)等，可能導(dǎo)致通信中斷或質(zhì)量下降。故障的原因可能有以下幾種：（1）供電不穩(wěn)定。（2）內(nèi)部元件損壞或老化，導(dǎo)致設(shè)備性能下降。（3）與天線或室外單元的連接不良，導(dǎo)致收發(fā)信號(hào)衰減或干擾。（4）設(shè)置錯(cuò)誤，導(dǎo)致輸出信號(hào)與衛(wèi)星信號(hào)不匹配。

VSATPlusII/VSATPlusIIe 故障排除方法主要包括：（1）確認(rèn)供電是否穩(wěn)定，是否有波動(dòng)或斷電的現(xiàn)象，如果有，應(yīng)及時(shí)恢復(fù)或更換。（2）檢查VSATPlusII/VSATPlusIIe 的內(nèi)部元件是否正常工作，是否有損壞或老化的現(xiàn)象，如果有，應(yīng)及時(shí)修復(fù)或更換。（3）檢查VSATPlusII/VSATPlusIIe 與天線或室外單元的連接是否牢固，是否有松動(dòng)或腐蝕的現(xiàn)象，如果有，應(yīng)及時(shí)清理或更換。（4）檢查VSATPlusII/VSATPlusIIe 的設(shè)置是否正確，是否與衛(wèi)星參數(shù)一致，如果不一致，應(yīng)及時(shí)調(diào)整或重新設(shè)置。

例如，某遠(yuǎn)程站提供民航氣象信息、飛行安全業(yè)務(wù)。該站使用VSATPlusII 型KU 波段衛(wèi)星室內(nèi)單元機(jī)箱。在2020 年3 月12 日早上進(jìn)行衛(wèi)星通信時(shí)，發(fā)現(xiàn)通信質(zhì)量突然下降。通過監(jiān)控終端檢查發(fā)現(xiàn)VSATPlusII 無法與衛(wèi)星進(jìn)行雙向通信。為恢復(fù)通信質(zhì)量，該站重新啟動(dòng)VSATPlusII，檢查其與天線和室外單元的連接。經(jīng)過重新啟動(dòng)、重新連接后，發(fā)現(xiàn)問題仍然存在。該站懷疑是VSATPlusII 的設(shè)置出現(xiàn)問題，于是通過監(jiān)控終端重新設(shè)置其調(diào)制方式、編碼方式、頻率等參數(shù)。經(jīng)過重新設(shè)置后，發(fā)現(xiàn)問題得到解決。

2.5 監(jiān)控終端故障

監(jiān)控終端故障主要表現(xiàn)為監(jiān)控終端無法開機(jī)、無法與衛(wèi)星或地面站通信、無法設(shè)置或查詢參數(shù)等，可能導(dǎo)致通信中斷或質(zhì)量下降。監(jiān)控終端故障的原因可能有以下幾種：監(jiān)控終端供電不穩(wěn)定，導(dǎo)致監(jiān)控終端工作不正常；監(jiān)控終端內(nèi)部元件損壞或老化，導(dǎo)致監(jiān)控終端性能下降；監(jiān)控終端與天線或室內(nèi)單元的連接不良，導(dǎo)致監(jiān)控終端收發(fā)信號(hào)衰減或干擾；監(jiān)控終端的設(shè)置錯(cuò)誤，導(dǎo)致監(jiān)控終端輸出信號(hào)與衛(wèi)星信號(hào)不匹配。監(jiān)控終端故障的排除方法有以下幾種：（1）監(jiān)控終端的供電是否穩(wěn)定，是否有波動(dòng)或斷電的現(xiàn)象，如有，應(yīng)及時(shí)恢復(fù)或更換。（2）確認(rèn)監(jiān)控終端的內(nèi)部元件是否正常工作，是否有損壞或老化的現(xiàn)象，如果有，應(yīng)及時(shí)修復(fù)或更換。（3）監(jiān)控終端與天線或室內(nèi)單元的連接是否牢固，是否有松動(dòng)或腐蝕的現(xiàn)象，如果有，應(yīng)及時(shí)清理或更換。（4）檢查監(jiān)控終端的設(shè)置是否正確，是否與衛(wèi)星參數(shù)一致，如果不一致，應(yīng)及時(shí)調(diào)整或重新設(shè)置。

3 民航KU 波段衛(wèi)星地面站設(shè)備維護(hù)措施

為保證民航KU 波段衛(wèi)星地面站系統(tǒng)的正常運(yùn)行，需要對(duì)系統(tǒng)的各項(xiàng)設(shè)備進(jìn)行有效維護(hù)。民航KU 波段衛(wèi)星地面站設(shè)備維護(hù)措施主要包括：（1）日常設(shè)備保養(yǎng)：每天或每周對(duì)設(shè)備進(jìn)行一次簡單的清潔和檢查，去除設(shè)備上的灰塵、污垢、水漬等，防止設(shè)備受到腐蝕或損壞。同時(shí)，檢查設(shè)備的外觀是否完好，是否有裂縫、破損、變形等現(xiàn)象，如果有，應(yīng)及時(shí)修復(fù)或更換。（2）日常檢查：每月或每季度對(duì)設(shè)備進(jìn)行一次詳細(xì)的檢查和測試，檢查設(shè)備的供電、連接、內(nèi)部元件、設(shè)置參數(shù)、輸出指標(biāo)等是否正常，是否有異常或故障的現(xiàn)象，如果有，應(yīng)及時(shí)修復(fù)或更換。同時(shí)，測試設(shè)備的通信質(zhì)量和業(yè)務(wù)性能，檢查是否有信號(hào)衰減、干擾、中斷等問題，如果有，應(yīng)及時(shí)調(diào)整或優(yōu)化。（3）定期校準(zhǔn)：每年或每兩年對(duì)設(shè)備進(jìn)行一次專業(yè)的校準(zhǔn)和調(diào)試，校準(zhǔn)設(shè)備的頻率、極化、符號(hào)率等參數(shù)，使之與衛(wèi)星信號(hào)保持最佳匹配。同時(shí)，調(diào)試設(shè)備的輸出功率、輸出頻率、輸出信號(hào)質(zhì)量等指標(biāo)，使之達(dá)到最佳值。

4 結(jié)語

綜上所述，衛(wèi)星通信利用人造衛(wèi)星作為中繼站，具有覆蓋范圍廣、傳輸速度快、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于導(dǎo)航、廣播、遙感、軍事等領(lǐng)域。為保證民航KU 波段衛(wèi)星地面站系統(tǒng)的正常運(yùn)行，需掌握民航KU 波段衛(wèi)星地面站系統(tǒng)的組成、工作原理以及系統(tǒng)中各項(xiàng)設(shè)備的故障類型、原因、排除方法，同時(shí)做好系統(tǒng)設(shè)備維護(hù)，延長設(shè)備使用壽命，提高設(shè)備運(yùn)行效率，保證設(shè)備安全可靠。