商用飛機便攜式電子設備電磁干擾源預測分析研究

王永根++代繼剛++王樂意

摘 要：商用飛機便攜式電子設備電磁干擾源預測分析技術能夠在飛機研發階段進行干擾源預測和定位分析，以及在營運階段的實時監測起到非常重要的作用，為商用飛機開放乘客使用便攜式電子設備提供技術支持。利用便攜式電子設備干擾源預測分析技術，能夠在飛機研制早期為機載設備的電磁防護設計提供設計輸入依據，避免后期飛機設計更改帶來的技術和成本風險；同時能夠為已有機型的改裝提供依據，確保飛機在改裝后能夠滿足局方適航審定的要求。

關鍵詞：便攜式電子設備 預測分析 電磁干擾 電磁防護設計

中圖分類號：V240.2 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）08（a）-0018-02

隨著互聯網和移動通信業務的飛速發展，越來越多的航空公司期望能夠在飛機上使用便攜式電子設備（Portable Electronic Device， PED），如筆記本電腦、平板電腦、手機、MP3/MP4播放器等，以便給乘客帶來更高端、更優質的服務，同時帶來更多的利潤。然而，這些PED輻射發射的電磁能量會對機載設備帶來潛在的電磁干擾威脅。早在2003年，美國國家航空航天管理局（NASA）就曾針對PED對機載設備的干擾問題發布了兩份研究報告，認為連續地使用手機等存在射頻發射的電子設備，會影響駕駛艙內全球定位系統（Global Positioning System，GPS）接收機等精密儀器的正常工作，并且會降低機載敏感設備的安全預量。

目前，國外已有對商用飛機內部進行預測分析和實時監測的系統，并制定了相關的標準規范[1-3]。戴姆勒-奔馳航天空中客車公司研發出飛機客艙電磁環境實時監測系統，能夠準確定位客艙內輻射干擾源及其干擾電平，并將記錄的監測信息提供給飛機駕駛員及乘務人員。

國內對復雜系統的電磁環境預測進行過相關研究[4-5]，但對商用飛機PED電磁輻射干擾的預測分析還處于剛剛起步階段，并未開展實時監測系統的相關研究。該論文在商用飛機開放使用PED的狀態下，以新研的商用飛機為模型，對可能存在的便攜式電子設備的電磁干擾源進行了預測分析。

1 干擾源預測分析方法

便攜式電子設備作為輻射干擾源，對機載設備主要存在兩種干擾方式，即前門干擾和后門干擾[1-2]，其原理如圖1所示[1]。

標準ED-130中對大部分PED的輻射能量大小進行了統計分析[1]。在進行干擾源預測分析時，利用發射天線來模擬便攜式電子設備的輻射發射，模擬天線的輻射發射電平根據ED-130中的統計值進行校準，其校準示意圖如圖2所示。

該論文利用仿真的方法對PED的干擾源進行預測分析和定位計算。仿真時直接在模擬輻射天線端口加載輸入功率，直到在約定的距離產生規定的場強值。利用仿真軟件對飛機客艙內的電磁場進行仿真，可以得到飛機客艙內的場強分布。

2 干擾源預測仿真分析

2.1 仿真模型的構建

基于國內新研商用飛機的模型，對飛行客艙進行簡化設計，建立仿真模型，如圖3所示。

飛機客艙為純金屬蒙皮，客艙地板和飛機內部座椅簡化為介質材料，利用飛機結構的對稱性進行仿真計算。

2.2 模擬輻射發射輸入分析

選取CDMA2000通信制式下的工作頻率（選取頻點1850MHz）和輻射電平進行模擬仿真，單個PED的輻射電平定義可以參考ED-130中的定義[1]。

考慮到最嚴酷的情況，商用飛機在運營過程中存在多個PED同時輻射發射的情況，當多個PED設備同時發射時電磁場在客艙內部存在疊加效應，即多設備影響因子（Multiple Equipment Factor，MEF）。MEF與PED間的間距和數目有關[1]，而PED數目又與商用飛機的機型有關，因此不同的機型，多設備影響因子也存在差異，其統計值如表1所示。

仿真時根據在研機型進行選取MEF，即選取128座、間距為0.75m的機型進行分析，MEF=13dB。考慮MEF影響后，模擬輻射天線輸入端口的能量為單個PED工作功率（dB）加上MEF（dB）值。

2.3 仿真結果分析

根據飛機客艙模型和模擬天線輸入功率的設計，通過仿真軟件計算得到飛機客艙內部的場強分布。由于PED使用位置的隨機性，仿真時模擬發射天線的位置選取客艙前部、客艙中部和客艙尾部三個典型位置進行計算。

模擬發射天線位于客艙前部時的計算結果如圖4所示。

模擬發射天線位于客艙中部時的計算結果如圖5所示。

模擬發射天線位于客艙尾部時的計算結果如圖6所示。

根據三個典型位置客艙場強仿真結果，與飛機客艙內機載設備的輻射敏感性設計電平值進行對比分析，可以得到機載設備在PED有意輻射狀態下出現電磁干擾的可能性。如果客艙內機載設備的輻射敏感性設計電平高于計算結果，則不會出現干擾現象；如果客艙內機載設備的輻射敏感性設計電平低于計算結果，則存在電磁干擾風險。

3 結語

通過模擬PED輻射發射，對飛機客艙內的場強分布進行計算，能夠對可能出現的輻射敏感現象進行預測分析，大大減少由于乘客使用PED而產生的電磁兼容風險，降低后期飛機更改設計的成本。同時該技術可以應用到已有機型的改裝上，通過預測分析，對可能出現敏感性的機載設備進行優化，滿足飛機開放乘客使用PED權限的要求，改善乘客飛行體驗，提高飛機運營方的盈利能力。該預測技術具有一定的先進性和良好的社會經濟效益。

參考文獻

[1]ED-130，GUIDANCE FOR THE USE OF PORTABLE ELECTRONIC DEVICES（PEDS）ON BOARD AIRCRAFT，December， 2006.

[2]RTCA/DO-307，Aircraft Design and Certification for Portable Electronic Device（PED） Tolerance，December 16，2008.

[3]RTCA/DO-294，Guidance on Allowing Transmitting Portable Electronic Devices （T-PEDs） on Aircraft，December 16，2008.

[4]李靖，張興國.飛機電磁兼容預測分析系統設計[J].測控技術，2009，28（6）：79-81.

[5]夏惠誠，毛建舟，張景悅.艦載電子設備電磁兼容性分析[J].艦船電子工程，5期，2005，25（1）：127-130.endprint