機載甚高頻收發機激勵技術研究

徐揚

【摘 要】通過對民用飛機機載甚高頻收發機系統工作原理及接口信號類型和特征的分析，進行了對于機載甚高頻收發機的激勵技術研究，其目的在于能夠在地面試驗室搭建針對機載甚高頻收發機的功能測試環境，滿足通信系統地面試驗需求。

【關鍵詞】甚高頻收發機；通信；激勵

0 研究背景

隨著我國大型民用客機項目的啟動和開展，許多與民機航空電子系統集成相關的技術需要研究和突破，以使系統研發集成滿足相應的國際規范和適航認證要求，從而保證民機系統所特有的高安全性。

甚高頻通信系統激勵技術無疑是那些需要研究的技術之一。民用飛機的通信系統用于飛機與地面電臺或者其他飛機間進行通信聯絡，在飛機內機組人員之間進行通話，以及向旅客傳送話音和娛樂音頻信號。機載甚高頻通信系統是通信系統最主要的組成部分之一，其用于視線距離內的調幅通話聯絡、選擇呼叫聯絡以及包含了機載數據鏈系統的收發功能。

1 機載甚高頻通信系統概述

甚高頻通信系統能夠提供飛機與地面臺站、飛機與飛機之間進行雙向話音和數據通信聯絡。甚高頻通信系統采用調幅工作方式，其工作的頻率范圍有118.00MHz至151.975MHz，頻道間隔為25kHz，這是國際民航組織規定的頻率范圍和頻道間隔。甚高頻傳播方式的特點是：由于頻率很高，其表面波衰減很快，距離很近，通信距離限制在視線距內，所以它以空間波傳播方式為主；電波受對流層的影響大，受地形、地物的影響也很大。

2 激勵技術研究

2.1 機載甚高頻收發機通信信號分析

機載甚高頻收發機話音通信的主要技術體制為：

1）頻率范圍為117.975～137MHz，頻道間隔為25kHz和8.33kHz兩種；

2）調制方式為雙邊帶調幅：DSB-AM；

3）機載發射功率為25W或50W；

4）具有選擇呼叫（SELCAL）能力。

機載甚高頻收發機數據通信的主要技術體制為：ACARS和VDL-2兩種體制。ACARS數據鏈是面向字符的數據鏈系統，采用MSK-AM模擬調制，分別利用1200Hz和2400Hz兩個音頻信號代表邏輯0和邏輯1，使用模擬電臺進行傳輸，信息傳輸的最高速率為2.4kbit/s。VDL-2體制采用D8PSK調制，使用載波偵聽多址訪問（CSMA）接入方式，使用數字電臺進行傳輸，信息傳輸速率可達31.5kbit/s，現已成為ICAO推薦的數據鏈標準之一。

關于載波偵聽，收發機在發送數據或語音包之前運行CSMA時，VDL-2接收機可通過能量檢測算法來檢測信道是否空閑，但由于噪聲不是常量，故需要一種噪聲估計方法。信道從忙到空閑的檢測：如果一個接收站持續5ms接收到信道功率≥-87dB，并且如果接收到的功率<-92dB的時間<1ms，則接收機將以0.9的概率繼續認為信道繁忙；如果接收到的功率<-92dB的時間<1.5ms，則接收機將以0.9的概率繼續認為信道空閑；信道從空閑到忙的檢測：當接收到的信道能量≥-90dB且持續時間>1ms，接收機將以0.9的概率認為信道繁忙。

2.2 VHF話音通信激勵方法

要實現對VHF機載收發機的激勵，激勵器應與其保持一樣的技術體制，同時應具備選擇呼叫功能。因此，VHF收發機激勵器就是一個具備SELCAL發射功能的雙邊帶調幅VHF電臺，其原理如圖1所示。

其工作過程如下：當按下手持式耳機/話筒組的發送按鈕時，激勵器工作于發射狀態，由話音采集單元實現從手持式耳機/話筒組采集語音信號的功能，同時該單元要完成話音的A/D變換，之后在中央處理器的管理下，由DSB調制單元實現數字雙邊帶調幅，再把已調制信號交由D/A變換單元實現數模變換，最后交由功率放大單元進行功率放大。

當未按下手持式耳機/話筒組的發送按鈕時，激勵器工作于接收狀態，收/發切換開關指向接收通路，來自于機載VHF通信設備的DSB調幅射頻信號送入功率調整電路，再送入A/D單元實模數變換，之后在中央處理器的管理下，由DSB解調單元實現雙邊帶話音數字解調，由音頻信號處理單元完成音頻的D/A變換，同時對音頻信號進行功率放大，最后由手持式耳機/話筒組還原出機載端語音信號。

考慮到激勵器與機載VHF收發機直接相連，需接收其大功率信號，應在激勵器與機載收發機之間串接大功率射頻衰減器。

2.3 VHF ACARS通信激勵方法

根據ACARS通信技術體制，ACARS數據通信激勵器應是面向字符的采用MSK-AM調制的模擬電臺，其原理如圖2所示。

數據信號發送時，來自CMU的數據信號對調制頻率產生器進行鍵控，使邏輯0和邏輯1分別控制產生相位連續的1200Hz和2400Hz兩種調制頻率信號，然后對載頻進行調幅和功率放大，放大后的射頻信號經收發轉換開關和衰減器后激勵機載通信電臺。

處于接受狀態時，經衰減后的射頻信號經功率調整后進行包絡檢波，檢波后的信號由1200Hz和2400Hz兩種頻率信號組成，它們分別代表了邏輯0和邏輯1，對這個基帶信號進行鑒頻解調成數字信號后送CMU處理。

足夠衰減量的衰減器是必要的，因為激勵器接受的機載設備發射信號功率較大并且沒經空中傳輸的衰減。相應地，激勵器發射信號也要考慮到衰減器因素，事先放大到足夠功率，以使經過衰減器的信號仍能有效落在機載電臺接受靈敏度范圍內。

2.4 VHF VDL-2數據通信激勵方法

根據VDL-2技術體制，機載數據通信激勵器實質上就是一部小功率VDL-2數字式通信電臺，該激勵器需采用載波偵聽技術和D8PSK調制技術，其原理框圖如圖3所示。

如圖所示，激勵器采用直接射頻數字調制和數字解調技術，這樣能有效減少上下變頻等模擬電路，便于采用FPGA和軟件信號處理技術，減小激勵器體積重量，并增加了設計修改和功能升級的靈活性。

當VHF通信激勵器工作于數傳發射狀態時，來自于VXI總線接口的數傳常規信號先送入中央處理單元，由它完成對數傳信號的調度工作，并將數傳信號送入調制單元進行D8PSK數字調制，再把已調制信號交由D/A變換單元實現數模變換，最后交由功率放大單元進行足夠的功率放大，以達到機載VHF通信系統所需功率要求，通過內置30dB衰減器和通信電纜與機載VHF通信系統互聯。

當VHF通信激勵器工作于數傳接收狀態時，收/發切換開關指向接收通路，已調數傳射頻信號通過30dB衰減器后送入功率調整電路，然后分成兩路，一路用于載波檢測，檢測結果送中央處理單元分析，完成載波偵聽檢測功能，以確定信道是否空閑；另一路送入A/D單元實模數變換，之后在中央處理單元的管理下，實現D8PSK數字解調，解調后的基帶信號通過中央處理單元送CMU。

3 結束語

通過搭建地面試驗環境和激勵設備，在地面試驗室進行甚高頻通信系統的功能試驗，能夠大大降低試驗成本，將原本需要通過驗證試飛進行的工作放在地面試驗室進行，利用仿真激勵的技術將那些分布在地面、空中和高空的無線電臺站“搬移”到試驗室內，并能根據需要隨意控制其參數和模式，以實現甚高頻通信系統在試驗室條件下的“飛行”驗證，具有非常重大的現實意義。

【參考文獻】

[1]馬存寶.民機通信導航與雷達[M].西北工業大學出版社，2004.

[2]樊昌信，等.通信原理[M].國防工業出版社，2004.

[責任編輯：湯靜]