無線發射設備加改裝適航審定方法研究

史宏偉，王玉鑫，周志閩，張悅月，周　熒，丁曉宇

（1.東航技術有限公司，上海　200335；2.中國民航大學，天津　300300；3.中國民航局適航審定司，北京　100006；4.中航飛機股份有限公司研發中心，西安　710089；5.廈門航空有限公司，廈門　361006；6.中國民航管理干部學院，北京　100102）

?

無線發射設備加改裝適航審定方法研究

史宏偉1，王玉鑫2，周志閩3，張悅月4，周熒5，丁曉宇6

（1.東航技術有限公司，上海200335；2.中國民航大學，天津300300；3.中國民航局適航審定司，北京100006；4.中航飛機股份有限公司研發中心，西安710089；5.廈門航空有限公司，廈門361006；6.中國民航管理干部學院，北京100102）

摘要：經過近10年的研究和試驗，機上個人便攜式電子設備上網禁令已逐漸放松，歐美各監管機構已推出相應政策標準。中國國航、東航、南航、海航等航空公司已對相關飛機進行了改裝，中國商飛公司在C919的設計構型中也增加了相關功能，無線發射設備的設計和加改裝的適航審定規范成為迫切需要解決的問題。通過對美國聯邦航空管理局（FAA）、歐洲航空安全局（EASA）關于無線發射設備加改裝技術的解決方案及適航審定政策/標準的研究，總結得出機載無線發射設備加改裝適航審定方法，旨在為局方的審定方法提供借鑒。

關鍵詞：便攜式電子設備；無線發射設備；加改裝；適航審定

科技進步正在深刻地影響航空業的發展，在民機客艙內推行機上無線互聯網（AIR-W IFI）服務，不僅可以通過個人便攜電子設備（PED）訪問機載服務器的專屬娛樂內容，還可以將機內W IFI系統通過機載天線訪問地面互聯網，進而借助于互聯網服務為乘客提供餐館預定、購物以及酒店等便捷服務。優良的飛行體驗無疑將大大提升航空公司對旅客的吸引力。然而，在考慮顧客需求以及航空公司市場需要的同時，任何情況下，飛行安全都是首要的[1]。在飛機上加改裝機載無線發射設備是否會對航空器本身的安全性產生影響？適航當局又應該制定哪些標準、采取何種方法來驗證其適航性？

本文首先對FAA、EASA關于無線發射設備加裝技術的解決方案及適航審定政策/標準進行研究，并對相關適航審定政策和標準進行解讀，最終得出機載無線發射設備加改裝技術適航審定流程。本文旨在對局方適航審定方法提出建議，對加改裝供應商提供取證指導，并對航空公司獲得W IFI批準和使用提供支持。

1　機上聯網技術方案

飛機客艙提供2種旅客入網方式：IFEC和W IFI。傳統的旅客娛樂系統（inflightentertainment，IFE）是一種機內有線局域網絡。在IFE的基礎上整合了通信及接入互聯網功能后即為旅客娛樂及通信系統（inflight entertainmentand communications，IFEC）。W IFI是基于IEEE802.11標準的無線通信技術，能夠將個人電腦、手持設備（如PAD、iPAD）等終端以無線方式互相連接，通過機載服務器和機載無線AP熱點組成飛機內的無線局域網，為用戶提供W IFI上網環境。這套系統可與IFEC進行整合，也可獨立建立一套艙內互聯系統。

目前IFEC雖然持續為市場的主流，但乘客便攜式電子設備的無線W IFI連接方式由于其便捷性和高效性將成為今后的熱點。實現飛行中民機W IFI服務有3種實現方式：衛星通訊方式、地面基站方式（ATG）和綜合解決方式（GTO）。

1.1衛星通信方式

衛星通信方式是利用衛星、飛機和衛星地面站三者進行數據通訊。優勢是通訊范圍廣泛，可實現國際漫游（跨國飛行的國際航線并不能實現全航程的同頻率覆蓋，切換信號時也會出現信號延遲或中斷），因此尤為適合國際航線。這種方式的缺點是僅能提供窄帶服務，通訊帶寬僅有864 Kbps，通常在飛機上僅能提供收發郵件，網頁瀏覽等簡單上網應用服務。

1.2ATG方式

ATG（air-to-ground）的地空寬帶通訊在初期建設方面較為復雜，需要沿飛行航路或特定空域架設地面基站，以向高空進行覆蓋，即利用這些地面基站與飛機直接進行信息傳輸。由于目前采用了4G地空寬帶技術的ATG解決方案[2]，每架飛機可以獲取的總帶寬為30Mbps，上網體驗明顯優于衛星通訊方式。當然，由于這種通訊方式需要部署地面基站，因此不適于跨洋（國際航線）使用，較適合于國土陸地面積較大且地形平坦的國家。

1.3GTO方式

GTO（ground-to-orbi）使用新天線系統，混合了Ku波段衛星和空對地ATG-4技術，在北美GTO將能夠提供最大70Mbps的速率。這項新技術還未廣泛推廣，目前僅適合有地面基站的北美地區。

2　FAA、EASA審定政策和標準

2013年10月31日，FAA發布通告，決定放寬對民航客機PED的使用限制。按照新規定，如無特殊情況乘客可以在飛行全程使用PED，但在飛機起降過程中電子設備、書籍和雜志必須握在旅客手中或放在座椅背后的口袋里。此外，FAA新規還允許乘客在飛行中使用航空公司提供的W IFI無線網絡服務，以及無線鍵盤等短程藍牙配件。

2013年11月底，EASA也發出相關指南允許乘客在滑行、起飛和著陸階段使用PED。

對于W IFI系統改裝主要分為3個部分：PED電磁兼容性測試、機內W IFI系統改裝、飛機外部天線改裝。其中“機內W IFI系統改裝”和“飛機外部天線改裝”部分屬于常規改裝內容，PED電磁兼容測試是新的審定方法和技術，本文將重點介紹。

2.1PED電磁兼容性測試

2.1.1FAA審定政策和標準

FAA關于PED電磁兼容測試相關的文件包括：“安裝802.11協議無線局域網（PS-ACE-23-2）”、“表明飛機無線射頻網絡電磁兼容性（PS-ANM-25-13-F）”、“設計和表明便攜式電子設備的飛機兼容性（AC 20-164）”和“飛機上使用便攜式電子設備（AC 91-21.1C）”。通過上述“政策文件”和“咨詢通告”認可2個RTCA標準：“便攜式電子設備兼容的飛機設計和審定（DO-307）”和“允許發射便攜式電子設備在飛機上使用的指南（DO-294C）”。

1）PS-ACE-23-2

“安裝802.11協議無線局域網（PS-ACE-23-2）”政策文件對使用IEEE 802.11 a/b/g/n協議的無線局域網的23部飛機審定提供指南。具體的審定處理流程如圖1所示。

2）PS-ANM-25-13-F

“表明飛機無線射頻網絡電磁兼容性（PS-ANM-25-13-F）”對在運輸類飛機上安裝無線射頻系統表明電磁兼容性提供指南。安裝的無線射頻系統包括但不限于藍牙、W iMAX或移動通信技術，該系統不適用于機載無線電系統和機外的無線電系統之間的通信（如衛星、地面站和其他飛機的無線電系統）。該政策文件將適用的情況分為4類：

圖1　安裝802.11協議無線局域網審定方法Fig.1 Certification m ethod ofW LAN installation using 802.11 protocols

a）安裝的無線射頻系統和飛機上安裝的其他無線射頻收發機進行通信，應該表明電磁兼容性符合25.1301（a）（4）、25.1309（a）、25.1353（a）和25.1431（c）。申請人應該按照AC 21-16認可的RTCA/DO-160進行實驗室EMC試驗來鑒定安裝的無線射頻設備，并按照標準的飛機EMC地面和試飛試驗來表明安裝無線射頻系統對25.1301（a）（4）、25.1309（a）、25.1353（a）和25.1431（c）的符合性。

b）安裝的無線射頻系統和飛機上的便攜式射頻收發機通信，已表明發射PED的兼容性應該按照RTCA/ DO-307來表明發射PED的兼容性。申請人應該提供局方批準的飛機型號PED兼容數據，并按照AC 21-16認可的RTCA/DO-160進行實驗室EMC試驗來鑒定安裝的無線射頻設備，且按照標準的飛機EMC地面和試飛試驗來表明安裝無線射頻系統對25.1301（a）（4）、25.1309（a）、25.1353（a）和25.1431（c）的符合性。

c）安裝的無線射頻系統和飛機上的便攜式射頻收發機通信，未表明發射PED的兼容性的應該按照RTCA/DO-294C來表明發射PED兼容性。申請人應該按照AC 21-16認可的RTCA/DO-160進行實驗室EMC試驗來鑒定安裝的無線射頻設備，且按照標準的飛機EMC地面和試飛試驗來表明安裝無線射頻系統對25.1301（a）（4）、25.1309（a）、25.1353（a）和25.1431 （c）的符合性。

d）安裝的無線射頻系統和低功率便攜式電子收發機通信。低功率便攜式收發機是指功率數量級為10mW或更低的設備。對于安裝的無線射頻系統和低功率便攜式電子收發機通信（如藍牙發射機），只需按照標準的飛機EMC地面和試飛試驗來表明安裝無線射頻系統對25.1301（a）（4）、25.1309（a）、25.1353（a）和25.1431（c）的符合性。

3）AC 20-164

“設計和表明便攜式電子設備的飛機兼容性（AC 20-164）[3]”適用的規章條款有包括23.1309、25.1309、27.1309和29.1309，其認可RTCA/DO-307作為設計和表明飛機具有對便攜式電子設備潛在電磁干擾兼容性的可接受方法。RTCA/DO-307建立了飛機系統抗干擾標準和試驗方法，PED設備可能是發射或非發射設備，包括手機、無線射頻網絡設備，例如PDA、視頻播放器和筆記本電腦。RTCA/DO-307包括發射設備和非發射設備的獨立設計標準，便于運營人批準在特定型別飛機上使用發射和非發射PED設備。

如果運營人按照RTCA/DO-294C來表明符合性是可以接受的。RTCA/DO-294C方法一般僅允許特定的運行人在特定型號或型別的飛機上批準使用特定的發射PED類型設備，但是一般在滑行、起飛和降落階段要進行限制使用。RTCA/DO-294C不適用于表明飛機對所有類型PED設備的兼容性。

4）AC 91-21.1C

“飛機上使用便攜式電子設備（AC 91-21.1C[4]）”適用規章條款包括91.21、121.306、125.204和135.144，目的是為控制PED干擾飛機導航或通信系統的風險，禁止美國注冊的民用航空器在儀表飛行規則（IFR）下運行時使用非安裝在航空器上的電子設備，但此條款允許在飛機的運營人已經確定不會與飛機的安全運行相互干擾的前提下使用某類型的PED。

5）DO-307

DO-307[5]是飛機制造商利用所有機載電子設備的鑒定數據和所有無線射頻通信技術特性，通過分析和試驗來表明飛機支持無線射頻技術，運營人可以利用制造商提供的聲明來表明符合性。因為國內的航空公司主要是對飛機進行改裝，所以沒有采用DO-307的實際案例。

6）DO-294C

2004年，RTCA/DO-294正式發布，針對有意發射源的輻射特性等進行細致研究，并且給出具體的干擾路徑損耗的試驗測試方法，對有意發射PED在飛機上的使用提供了許多有意義的指導性建議。2008年，RTCA/DO-294進行了版本修訂，最新適用標準為RTCA/DO-294C[6]。DO-294C是國內外申請人常用的表明飛機W IFI電磁兼容采用的標準。申請人需要按照DO-294C標準表明W IFI802.11通信技術的兼容性。

2.1.2EASA審定政策和標準

EASA關于PED電磁兼容測試相關的政策文件包括有：“便攜式電子設備II（NPA 2014-14）[7]”、“便攜式電子設備技術要求（AMC1 CAT.GEN.MPA.140）”和“便攜式電子設備使用程序（AMC2CAT.GEN.MPA.140）”。并最終制定了標準“商業運輸類飛機運行中便攜式電子設備的使用（ED-130）[8]”。

NPA 2014-14對飛機上使用PED設備相關的問題進行了闡述，并將PED設備分為3類：發射PED，非發射PED和受控PED，EASA關于PED的要求和FAA基本一致。同時NPA 2014-14認可DO-294C、DO-307和ED-130作為表明EMI電磁兼容符合性的方法。而ED-130則是結合DO-294C和DO-307標準，由EUROCAE于2006年發布。由于國內航空公司進行民機改裝時主要采用DO-294C標準，所以中國適航當局進行無線發射設備加改裝適航審定時，可暫不對ED-130標準進行研究。

2.2機內W IFI系統改裝

機內W IFI系統改裝的審定基礎需要考慮原飛機型號的審定基礎，同時可以借鑒FAA AC 20-168內的相關要求。

機內W IFI系統改裝中生成的符合性證明材料包括應力分析報告、系統安全評估報告、電氣防火報告、系統功能和電磁兼容的測試方案、電磁干擾的地面試驗、電氣負載分析報告、持續適航文件、飛行手冊補充、EW IS檢查程序、EW IS持續適航文件等技術資料。

2.3飛機外部天線改裝

機內W IFI系統改裝的審定基礎需要考慮原飛機型號的審定基礎，同時因為飛機外部加裝天線會對飛機性能和結構等條款產生顯著的影響，改裝需要關注的條款也較多。需要關注的條款示例如下：載荷分配限制FAR25.23、飛行載荷的認可FAR25.301（b）、振動和沖擊FAR25.305（e）、客艙壓力載荷FAR25.365（e）、結構的疲勞和損傷容限評估FAR25.571和FAR26.47、鳥擊FAR25.571（e）1、雷擊FAR25.581、材料FAR25.603、制造方法FAR25.605、結構防護FAR25.609、材料的強度性能和設計值FAR25.613、氣動彈性穩定性要求FAR25.629、增壓座艙FAR25.841、維持發動機的不平衡狀態（風車狀態）FAR25.901（c）和25.903（c）、防冰FAR25.1419、運輸類飛機持續適航性和安全性提升FAR26.47、持續適航性的指南FAR25.1529及振動和沖擊FAR25.251。

3　中國民用航空局加改裝審定方法研究

中國民用航空總局（CAAC）一直密切、持續關注FAA及EASA頒布開啟全航程使用電子設備的政策和相關咨詢通告的情況。CCAR121《大型飛機公共航空運輸承運人運行合格審定規則》新的版本計劃對有關便攜式電子設備的條款修改較大。根據意見征詢，CAAC對PED機上使用傾向由航空公司確定，同時將可能覆蓋至航班全程。

結合中國適航管理規章和無線射頻設備加改裝現狀，參考FAA相關適航審定政策和標準，總結得出CAAC關于無線發射設備加改裝的適航審定流程如圖2所示。

圖2　CAAC無線發射設備加改裝的適航審定方法Fig.2 CAAC airworthinesscertification m ethod of addition and m odification of radio transm itting equipm ent

4　結語

與民航發達國家相比，中國的民機研制起步晚、基礎薄，適航驗證水平也正處于發展階段，尚未形成相對科學、完整的驗證方法和驗證程序，且經驗和積累也相對缺乏。必須結合中國民機研制與適航工作的實際，找到一套與中國民機產業相配套的審定方法，逐步建立起完整的民機適航審定程序。本文通過對空地互聯系統的國內外情況、加改裝技術的解決方案及適航審定政策/標準的研究，總結得出無線發射設備加改裝的適航審定流程。該方法可以為局方制定無線發射設備的加改裝適航審定標準和政策提供參考，為國內無線互聯系統供應商的設計提供適航取證建議，也可以為國內航空企業推廣基于機載無線設備的數據應用提供指導。

參考文獻：

[1]修忠信.民用飛機系統安全性設計與評估技術概論[M].上海：上海交通大學出版社，2013.

[2]胡珉琦.高空W i-Fi：飛機不再是通訊的禁區[J].鄭鐵科技，2014（4）：40-42.

[3] FAA.AC 20-164,Designing and Demonstrating Aircraft Tolerance to Portable Electronic Devices[S].2010.

[4] FAA.AC 91-21.1C，Use of Portable Electronic Devices Aboard Aircraft[S].2015.

[5] RTCA.DO-307，Aircraft Design and Certification for Portable Electronic Device（PED）Tolerance[S].2008.

[6] RTCA.DO-294C，Guidance on Allowing Transmitting Portable Electronic Devices（T-PEDS）on Aircraft[S].2008.

[7] EASA.NPA 2014-14，Portable Electronic Devices II[S].2014.

[8] EUROCAE.ED-130，UseofPortableElectronicDevicesduringCommercial Air TransportAircraftOperation[S].2013.

（責任編輯：劉智勇）

Study on airworthiness certification m ethod of addition and m odification of radio transm itting equipm ent

SHIHongwei1，W ANG Yuxin2，ZHOU Zhimin3，ZHANG Yueyue4，ZHOU Ying5，DING Xiaoyu6
（1.China Eastern Technology Co.Ltd，Shanghai200335，China；2.CAUC，Tianjin 300300，China；3.Airworthiness and Certification Department，Civil Aviation Administration of China，Beijing 100006，China；4.Research Department，Aviation Aircraft Limited by Share Ltd，Xi'an 710089，China；5.Xiamen Airlines，Xiamen 361006，China；6.Civil Aviation Administrative Cadre Institute of China，Beijing 100102，China）

Abstract：Afternearly 10 yearsof research and testing，the ban ofpersonalportable electronic devices on board to surf the Internet has been gradually relaxed，meanwhile，various European and American regulators have launched relevant policy standards.Air China，China Eastern，China Southern，Hainan Airlines have converted related aircrafts.Commercial AircraftCorporation of China Ltd has also supplement related functions in design of C919. Airworthiness certification specifications for design，addition and modification of radio transmitting equipment become the urgent problem to be solved.Through the study on radio transmitting equipment，solutions of addition andmodification technology and airworthiness certification policies/standards of FAA and EASA，a set of airworthiness certification methods of addition and modification technology for airborne radio transmitting equipmentsare summarized to provid reference for certificationmethodsofauthority.

Key words：portable electronic devices；radio transmitting equipment；addition andmodification；airworthiness certification

作者簡介：史宏偉（1968—），男，陜西渭南人，高級工程師，學士，研究方向為飛機適航管理、維修工程管理.

收稿日期：2015-09-05；修回日期：2015-10-18基金項目：國家自然科學基金項目（U1233107）；中央高校基本科研業務費專項（3122013D009）

中圖分類號：V241.01

文獻標志碼：A

文章編號：1674-5590（2016）01-0045-05