民用航空甚高頻通信系統互調干擾問題研究
來源:用戶上傳
作者:郭孟越
關鍵詞：民用航空；甚高頻通信系統；互調干擾
1引言
由于無線電技術的大范圍普及，無線裝置的應用日益廣泛，從而導致無線裝置之間的干擾程度加大，電磁環境愈發復雜，無線電頻譜資源利用率大大降低。同時，隨著航空VHF頻段無線電業務的更新，航空無線電出現了頻率資源無法滿足供求關系的現象。調查發現，民航VHF通信頻段被擾亂，絕大部分來源于無線電臺和電視臺的干擾，其中調頻廣播電臺干擾占比最大。因此，通過特定分析調頻廣播電臺的具體干擾，搭建合理的分析架構，對民航甚高頻頻段頻譜進行有效的監測和合理的計劃調度是非常關鍵的。
2民航空管甚高頻地空通信發展現狀
目前，為保證國內各個機場地面和空中通信服務的流暢與安全，中國航空地空通信采用的是高頻通信技術（VHF）和短波通信技術，能一次涵蓋全部航空線路，可以很好地滿足機場和航空企業VHF通信的需要。在民航VHF空域通信中，VHF是當前國際上最常用的一種地空通信技術。在VHF波段，空間波導是一種非常關鍵的傳輸途徑，也稱為視覺傳播。由于地球自身的曲率，一般情況下，空間波的傳輸有一個直接距離。因此，VHF通信信號的可靠度和在可范圍內的通信平滑度得到了保障。在我國經濟迅猛發展中，不同區域越來越多的飛機場正處于建設中，同時在一定固定管制區域內，也出現了大量的航空飛機。目前，VHF通信除不能設立固定站位，依靠其超高的語音品質和清晰度，VHF通信已逐漸替代短波長信號，成為地面與空中通信的主流手段。
3無線電干擾在民用航空甚高頻通信系統中的原理
無線電波的影響實質是兩種不同電磁信號的相互干涉。民用航空通信中使用的無線電頻有導航、移動通信、安全頻點和雷達等，理論上，所有的無線通信設備都是在不同的頻率范圍內工作的，但是，在現實中，通信信號并不會在對應的波段中，少數通信信號會脫離特定的波段，向外界擴散，從而產生如調和或互調制的無作用信號，在與其他相同頻率有效信號處在一個范圍內時，由此產生無線電干擾。在目前的綜合環境中，有一些廣播頻帶的發射功率幾乎不受其他因素的影響，其頻率和民航無線高頻頻段非常類似，可對民用航空高頻通信信號產生影響，它可能在飛機飛行的任何一個階段都會出現特殊狀態，具有很大的不確定性。
4民航甚高頻通信無線電干擾類型
4.1同頻干擾
一般而言，同頻干擾是在兩個頻率相近的地區出現的。民用甚高頻通信頻譜頻率由國際民航組織相關法規決定，VHF的頻帶為118.000～136.975 MHz。隨著民航事業的迅速發展，通信網絡的容量越來越小，不同頻率的頻點間距由50kHz縮小到25kHz。這個頻道幾乎翻了一番，但是在某些地方，各個控制臺仍然采用同樣的頻率。在民用無線電通信中，反復利用同一頻段，其頻譜干擾也是一樣的。盡管大多數民用航空VHF采用了振幅調幅方式，但是在某些場合下，民用調頻和民用通信中的載頻是一樣的。這種同頻的信號會被VHF無線電所接收，而這些同頻信號往往會對民用航空管制的VHF通信站產生一定的影響。
4.2互調干擾
在民航機場VHF通信系統中，互調干擾是首要問題?；フ{干擾一般包括兩種，即發送方的互調干擾和接收端的互調干擾。發射機互調干擾是在發送末端產生的。功率放大器本身具有的一些非線性特性，會導致其他干擾和有效信號相互調制，從而對正常的信號傳輸造成不利的影響。接收機的交叉互調干擾是指接收端在接收到兩個以上的射頻信號時，其頻率放大或混合電路之間的非線性變換會引起相互調制，使得接收不順暢。通常情況下，互調干擾會使信號失真，嚴重降低地面和空中通信的品質。在某些情況下，VHF通信的不正確使用，將給飛機的安全運行帶來很大阻礙。此外，這還會對發射機造成損傷，使其有效功耗下降，并且對電磁信號的傳播產生影響。
4.3鄰道干擾
鄰近的干擾通常來自民用VHF地面通信基站附近的波段，由于發送機在傳輸信號時，通常會有一個頻帶信號，一小部分發送到民用VHF波段，由民用航空公司的VHF電臺接管，從而構成鄰近的頻道干擾。
4.4其他因素
除以上常見的干擾影響外，其他一些干擾也會影響航空企業的地空通信系統。例如，由于無線電波的廣泛利用，電臺發射塔的數量不斷增多，以及發射臺的品質不符合有關規定，這會造成更大范圍的射頻或過高的頻率輻射信號，會對航空公司的VHF通信產生一定的影響。此外，在某些特定的條件下，如氣候變化、地質災害等也會對其產生影響。
5民航VHF電臺頻率干擾機制分析
5.1互調干擾
互調干擾是指兩個或更多的頻率信號被同時輸入發送機或接收機中，因線路的非線性而被生成新頻率，而新頻率正好與有效信號的頻率相等或相近，從而成功地穿過發送機或接收機，對有效信號造成擾動。由于互調干擾不但會對通信質量產生不良的影響，而且會導致信號嚴重失真，使控制員無法與飛行員進行通信，從而對民航地空通信系統產生嚴重的干擾，以及對飛機的安全產生不利的影響?；フ{干擾還會對裝置產生損害，因為一旦完成了調試，此時的電路就處于最優的諧振狀態，而互調干擾會導致工作線路不協調，電流變大，元件產生較高的熱量，從而極大地提高發送端的故障率[1]。
5.2三階互調
三階互調是指在線性系統中，兩個或多個信號由于非線性原因，導致一種信號的二次諧波和另一種信號的基本頻率發生拍頻（混合）。例如，f1的二次諧波為2f1，它與f2生成2f1 f2。因為一個信號是二次諧波（二次信號），而另外一種是三次諧波（一次信號），所以2f1-f2被稱作三階互調信號。三階互調信號發生在調制期間，由于兩者之間的調制而生成拍頻信號，因此這種新生成的信號被稱作三階互調失真信號，其生成過程被稱作三階互調失真。由于f1和f2信號通常比較靠近，21 f2和2f2f1靠近原始的基帶信號f1和f2，因此會對原始的基帶信號f1和f2產生干擾。如果是更復雜的，如在一個線性體系中存在三個信號f1，f2以，它們就會生成上述的三階互調，同時會生成三次互調。當然，在這種情況下，也會有更高階的互調，如五階互調、七階互調等，但因為高階互調信號的強度很低，產生的干擾相對較小，所以通常不會考慮更高階的互調，而把三階互調視為最大的干擾。三階互調信號按輸入端的數目可劃分為三階一型與三階二型互調。
5.3三階互調信號分析
在大量的互調制和諧振信號中，這些信號是通過接收機的非線性而生成的，我們要關注的是進入相關波段內部的信號。根據廣播和民用無線電頻帶的具體頻譜，針對三階一型互調的兩個信號，進人民用通信頻段的主要是。在三信號情況下，在這兩個信號間，有三階一型的互調信號，另外，進入頻段的二型互調成分f1 +f2 f3 （f1 >f2 >f3）也是進入頻段的[2]。
6民航VHF電臺頻率干擾分析模型
6.1互調干擾頻率范圍分析
調頻電臺的頻率為87～108MHz，頻道寬度為200kHz;民用通信頻段是118～137MHz。在只有兩個調頻電臺的情況下，通過互調頻率的計算式2f1-f2，可以得到118―129MHz的互調。如果三個調頻電臺的互調是由于三個調頻的電臺信號造成的，那么，按照三次拍頻次數的計算式，即f1+f2-f3，就可以算出差拍的頻率為118～128.8MHz。從調頻電臺的交調信號的頻域人手，得到以下結論。
?。?）在118～137MHz的VHF通信頻帶中，調頻電臺的互調干擾最大的頻域為118～129MHzo
?。?）在使用民用VHF無線電頻率時，盡量選擇129―137MHz的頻段，從而減少調頻廣播中三次交叉調制的影響。
6.2互調干擾頻率關系模型
通過對相關具有互調干擾的頻段進行數學關系的研究，可以對空域內VHF的頻段進行有無互調干擾的分析。如果一套頻率間存在互調的聯系，那么這兩種頻率的差異就會是其他兩種頻率差異的n倍（整數），即：
融合計算機技術，三階互調技術已相當完善，能夠識別三階互調的頻譜，并能判讀出互調的種類和受擾的頻譜。為避免三階互調的干擾，可以將三階互調的調制信號有效配置到多個天線共享的系統中。
7民用航空甚高頻通信無線電干擾監測和防干擾措施
7.1發射機干擾監測預防
在民航VHF通信中，發射設備占有重要的地位。為此，應特別重視對發射機進行的電磁干擾的監控和防范，采用一種既能保證發射設備安全運行又能對系統漏洞進行監測的模式。目前，發射設備的抗干擾技術主要利用天線與發射機之間的合理配對來保證發射機的正常運行，并對其進行監控和改進，以提高其運行性能。在對天線與發射設備進行合理的匹配和調試時，應充分考慮信號的彈性間隔對它的影響，并通過改進發送距離來實現對無效信號的有效覆蓋，保證發射機能夠穩定接收有用的信號。
7.2外部環境干擾監測預防
影響民航VHF通信互調干擾的主要原因是外界環境，它也是最具不確定性、不可預測和不易覺察的因素。同時，在外界條件下，探測無用信號很困難，需要繼續加強對無效信的監控，可從無用信號傳播的根源位置人手，在確定的外界情況下，尋找無用信號的干擾源，并制定針對性和有效性的干擾對策。當監測外界的無用無線電波時，應重視對其運行的無線監控，同時要強化對各種部件的維護保養，定期檢查系統操作的質量，特別要注意對設備的接觸效率進行檢驗，避免產生不良的影響，從而保障對無用無線電信號進行有效的監控和排除[3]。
7.3接收機干擾監測預防
民航VHF通信系統接收機在正常工作中所接收到的有用信號會持續地被轉換，為保證飛機安全、平穩地航行提供必要的信息，當它不能正常工作時，就會出現信號丟失、指令錯誤、信號阻斷等問題。所以，在民航VHF通信系統中，必須重視對其工作頻率、工作指標的監測和調節，從而保證接收機工作穩定。應強化對接收電路的檢測和故障的分析，選擇合適的和高品質的濾波器，對無用信號進行有效的入侵排查，從而大大提高接收機對無線信號的抗干擾能力[4]。
8結束語
在無線電的干擾下，民航的VHF通信系統會發生飛機通信受到干擾導致失真的情況，進而危及航空飛機的安全與穩定運行。所以，在民航VHF通信中應特別重視對其進行無線干擾的監控與防范，同時加強自身系統漏洞監控，提高發射機工作的品質，持續加強對外界無用信號的監控，從而最大限度地避免其他無效信號干擾民航甚高頻通信系統工作。
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