甚高频通信系统

1甚高频地空通信系统一、无线通信基础1、甚高频地空通信基础通信以话音、图像、数据为媒体，通过光或电信号将信息传输到另一方。甚高频通信系统供飞机与地面台站、飞机与飞机之间进行双向话音和数据通信联络。甚高频系统采用调幅工作方式，其工作的频率范围由118.000～151.975MHZ（实际使用最大频率为136MHZ），频率间隔为25KHZ，这是国际民航组织规定的频率范围和频道间隔。甚高频传输方式的特点是：由于频率很高，其表面波衰减很快，传播距离很近，通信距离限制在视线距离内，所以它以空间波传播方式为主，电波受对流层的影响大；受地形，地物的影响也很大。2、通信的分类：（1）、模拟通信与数字通信信道中传输的是模拟信号时称为模拟通信。信道中传输的是数字信号时称为数字通信。（2）、有线通信与无线通信使用光缆、铜缆等进行连接的通信为有线通信。使用电磁波、光波等连接的通信为无线通信。3、甚高频收发信机分类：（1）、按设备分为：VHF便携收发信机，VHF单体收发信机，VHF2共用天线系统。（2）、按发射功率分为：塔台设备的发射功率不应超过10W，进近设备发射功率在25W，航路对空设备发射功率应在50W。VHF便携电台主要用于塔台指挥、校飞、电磁环境测量、应急等。VHF单体收发信机适用于通信波道少，有足够天线场地的机场使用。随着民航业务的发展，对VHF的波道数量需求越来越多，对天线场地和电磁环境的要求越来越高，逐步由VHF单体电台过渡到VHF共用天线系统。VHF遥控台主要用于航路地空通信，通过设置遥控台来解决航路或区域的全程通信覆盖，解决本场的VHF作用距离以外不能覆盖的通信。二、甚高频调幅AM收发信机工作原理1、发射机调幅发射机一般由音频放大器、振荡器、混频（调制器）、前置放大器、高频功率放大器等组成。音频放大器的功能是将音频电信号进行放大，但是要求其失真及噪音要小。混频器是将放大后的音频信号加在高频载波信号上面，形成的高频电磁波调制信号，其包络与输入调制信号呈线性关系，目的就是为了增强信息信号的抗噪声能力。调制原理：振荡器的主要作用是产生调制器所需的稳定的甚高频载波信号，一般都采用3高性能、低噪声和高集成度的产品，如频率合成器。前置放大器和功率放大器的作用是把调制后的高频信号放大，经天线发射到空中。民航常用的设备，使用发射功率一般为10～50W，所以都采用多级放大器。同时由于放大器在放大信号的同时，内部本身也会产生噪声，所以信号在输出端较之输入端的信噪比S/N值要小。图1甚高频调幅发射机基本方框图话音输入音频放大器混频器前置放大器高频功率放大器倍频器发射天线振荡器波形1波形3波形2波形3波形1话音信号波形2振荡信号波形3发射信号4图2发射机信号波形2、收信机收信机由高频放大电路、混频放大器、振荡器、中放放大器、检波器、音频放大器和音频输出等组成的。高频放大电路是是将天线接收下来的电磁波进行放大、滤波以及自动增益控制等功能。混频器是将收到的高频信号和本机振荡器产生的振荡信号混合生成一个中频信号，然后送入中频放大器进行放大。检波器目的是在放大后的中频信号中分离出声音信号，检波也叫解调是调制的反过程。音频预放和音频放大，经检波后的音频信号经过音频预放后取出数据信号，送至监控单元。然后将话音信号经过音频放大器和音频输出电路将收到的信号提供给管制员使用。图3甚高频调幅收信机基本方框图接收天线高频放大器混频器中频放大器检波器音频放大器音频输出本地振荡器倍频器波形2波形3波形4波形15图4收信机信号波形2、VHF通信信道（波道）图5收发信机通信基本模型通话双方使用同一频率，一个VHF通信信道，使用一个频率。一方发送完毕，停止发射等待接收对方信号。收发信机平时都处于接收状态。通信方式为半双工信道。收发信机A收发信机B天线天线波形1天线接收信号波形3中频信号波形2振荡器波形4音频信号64、地空通信在民航的应用（1）、放行（2）、地面滑行管制，对所有进离港航空器提供地面管制服务。管制范围：为机场活动区内跑道入口等待点、滑行道、联络道至停机桥(位)。（3）机场管制，对所有进离港航空器提供空中管制服务。管制范围：跑道头延长线10km左右，跑道中线两侧10km左右，高度300m(含)以下。（4）进近管制，对所有进离港航空器提供空中管制服务。管制范围：以机场为中心150km左右，高度6000m(含)目前，民航地空通信的保障能力得到了显著的提高，甚高频地空通信已成为主要地空通信手段。在机场终端管制范围内，甚高频通信可提供塔台、进近、航站自动情报服务、航务管理等通信服务。在航路对空通信方面，随着在全国大中型机场及主要航路（航线）上的甚高频共用系统和航路甚高频遥控台的不断建设，实现我国东部地区6000米以上空域和其他地区沿国际航路6000米以上空域甚高频通信覆盖，在一些繁忙航路上达到了3000米以上的甚高频通信覆盖。75、无线电通信频段名称甚低频低频中频高频甚高频符号VLFLFMFHFVHF频率3～30KHZ30～300KHZ0.3～3MHZ3～30MHZ30～300MHZ波段超短波长波中波短波米波波长1KKm～100Km10Km～1Km1Km～100m100m～10m10m～1m传播特性空间波为主地波为主地波与天波天波与地波空间波主要用途海岸潜艇通信；远距离通信；超远距离导航越洋通信；中距离通信；地下岩层通信；远距离导航船用通信；业务无线电通信；移动通信；中距离导航远距离短波通信；国际定点通信电离层散射（30-60MHZ）；流星余迹通信（30-144MHZ）；对空间飞行体通信；移动通信名称超高频特高频极高频符号UHFSHFEHF频率0.3-3GHZ3-30GHZ30-300GHZ波段分米波厘米波毫米波波长1m-0.1m10cm-1cm10mm-1mm传播特性空间波空间波空间波主要用途小容量微波中继通信：（352-420Mhz）;对流层散射通信（700-10000Mhz）;中容量微波通（1700-2400MHZ）大容量微波中继通信（3600-4200MHZ）；大容量微波中继通信（5850-8500MHZ）；数字通信；卫星通信；国际海事卫星通信（1500-1600MHZ）再入大气层时的通信；波导通信8三、民航甚高频通信基础1、频率甚高频英文简称VHF（VeryHighFrequency），传输特性类似于光波，具有直线传播的特性，其绕射能力差，为视距范围内的通信。其稳定性高，外界干扰小，有时会受天气等因素影响通信效果。ITU国际电信联盟，成立于1865年5月17日，1947年10月15日成为联合国的一个专门机构，总部设在瑞士日内瓦，是电信界最权威的标准制订机构。ITU在1947年的《国际无线电规则》分配给民航使用的VHF为，载波：118.000～136.975MHz；频段：117.975～137.000MHz（见国际民用航空组织公约附件10《航空电信》4.5.1.3）。中国民航局无线电管理委员会办公室负责国内频率的分配。具体频率所使用的业务，中国民航局无线电管理委员会办公室已经按计划分配。使用单位不得随意挪用，即批复给A扇区的频率，不能用于B扇区。130.000MHz为我国民航与军航飞行协调频率。121.500MHz定为全世界统一的搜索救援频率。2、频率间隔为了保证信道正常工作，使信道间相互不受干扰，又要使信道数量最大化，需要设置合理的频率间隔。现在规定频率使用采用25KHz间隔。20世纪80年代以前制造的设备，有50KHz为信道间隔，目前还有少量机载设备使用。20世纪90年代中后期，VHF9设备制造厂商已普遍生产8.33KHz信道间隔的设备。若采用25KHz，地空通话共502个信道（除应急、搜索救援和保留给地空数据链VDL的信道以及特殊频段）。ICAO国际民航组织，为解决通信容量不足，将25KHz除3得到8.33KHz，从而使可指配的信道数量增加3倍。到目前（2010年4月）实际使用中，所分配的频率基本都是以50KHz为间隔，2009年开始有个别地空数据链使用25KHz间隔。50KHz频率间隔排列从118.00开始，118.05，118.10，118.15，118.20，118.25MHz……。图6频谱上载波排列8.33kHz频率设置和显示格式频率间隔（khz）设置频率（MHZ）25KHZmode显示频率（MHZ）8.33KHZmode显示频率（MHZ）25131.9750131.9750131.9808.33131.9833-131.9858.33131.9917-131.99025132.0000132.0000132.0058.33132.0083-132.0108.33132.0167-132.01525132.0250132.025132.0308.33132.0333-132.0358.33132.0417-132.04025132.0500132.050132.0558.33132.0583-132.0608.33132.0667-132.06525132.0750132.075132.080108.33132.0833-132.0858.33132.0917-132.09025132.1000132.100132.1058.33kHzmode从千分之一位上看是有规律的。3、频偏与频率准确度多台站工作产生干扰，频偏只在地面发射机上设置，收信机上不设置；2台发射机的差频，在飞机的收信机产生新的频率干扰；VHF发射机可以一般设置5频偏，每2个频偏间隔≥5KHz；在采用同频异址覆盖时，使用25KHz频率间隔时，最大频偏载波不超过8KHz。当使用8.33KHz频率间隔时，不采用频偏技术。由于设置了频偏对发射设备的频率准确度要求更高。4、频带宽度和工作模式我们现在使用的是模拟方式工作，25KHz频率间隔，调幅AM，双边带模式DSB。民航现用调幅话发射类别调制方式及含义发射标志用途频带宽（KHZ）双边带（单路）A3E对空通信6单边带SSB、全载波（单路）H3E对空通信3单边带减载波（单路）R3E对空通信2.99单边带、抑制载波（单路）J3E对空和平面通信2711工作频带的大小取决于发射机，与发射设备的功率、滤波器有关。5、通信距离由地球半径Ro=6370km，推导出：通信距离)(57.321hhS由于大气的不均匀性对电波传播轨迹要产生影响，所以，直接波传播所能到达距离应修正为：通信距离)(12.421hhS根据目前电磁环境的实际情况，VHF地面电台与8400m高的飞机之间的通信距离在300km时，可以得到较好的地空通信效果，但是在青浦区管有使用350km以上的通信距离，所产生的通信不可靠因素也较多。图7地空通信距离示意图6、发射功率与EIRP等效全向辐射功率我们称呼的发射功率是发射机在射频输出段的输出功率，实际在天线输入口，得到功率要小的多。VHF共用天线系统，由于收发信机天线1hS2h12采用大量射频器件，在天线口往往只能得到2/5的功率。EIRP等效全向辐射功率，是发射天线真正向空中辐射的功率：EIRP（dBm）=发射机输出功率+天线增益-射频器件的损耗-射频电缆损耗EIRP计算举例：一部50W（47dBm）的发射机，向空中有效辐射为：42dBm=47dBm（TXPOWER）+2dBi（天线增益）-7dB（总衰减）实际只有25WdBi的参考基准为全方向性天线。7、驻波比我们希望将发射机输出的功率，通过负载（天馈系统）全部辐射出去。当VSWR为1时，工作在最佳状态，一般VSWR≤2.0能正常工作，若达到5.7时，有一半功率被反射回来了。8、平均故障间隔时间MTBF（MeanTimeBetweenFailures）具体是指产品从一次故障到下一次故障的平均时间，这是衡量设备可靠性的一项重要的指标。MTBF计算中主要考虑的是产品中每个元器件的失效率。多信道：≥15000h；单信道：≥20000h，TX发射机Lode馈线、天线P正向P反向驻波比VSWR=正向反向正向反向pp1pp113相当于625/833天无故障。9、收信机静噪门限SQ与线路静噪控制