淺議電磁波在民航通信中的應用

余焰

[摘要]由于民用航空的主要“生產設備”是飛機，它是在空中高速運行的“飛行器”，不可能用任何導線光纖之類的“實體”與其它物體聯系，因此飛機與外界的聯系手段，唯有使用“電磁波”一種方法。本文講述了飛機在空中飛行至降落的過程中電磁波所發揮的作用，從而讓讀者體會電磁波在民航通信中的重要意義。

[關鍵詞]電磁波；飛機；通信；甚高頻；導航

一、電磁波的特性

電磁波是極其普遍的現象，遠不是民航所專用“物資”。人們無時無刻不與電磁波發生“互動”，但是就像空氣一樣，人們往往并不注意電磁波的存在，而且常常有人對于“電磁輻射”存在偏見，一見到“電磁輻射”就認為是有害的事物。我們有時候見到有人宣傳說，“某某家用電器會產生電磁輻射，需要防護它……”。事實上，凡是高于“絕對零度”的物體，都會有電磁輻射，我們的身體、暖氣片、太陽，都是發出電磁輻射的源泉，它們都與我們生活息息相關。自從飛機進入人類的生活，飛行活動就必然需要利用電磁波才能進行，也許有人說，最初的飛機沒有無線電設備同樣能夠飛行，可是不要忘記，“目視”同樣是依靠電磁波——光線——才能看見，所以我們看就是利用電磁波。

二、電磁波在民航通信中的應用

飛行所需的最初無線電設備，大概就是現在仍然在使用的“塔臺指揮甚高頻機”了，現在由于國際化的發展，民航飛機都要在不同的國家飛行，因此對飛機的指揮，也都被標準化的使用同樣的甚高頻信道，只是利用不同的頻率，區分不同地區和分類。不過直到現在，塔臺指揮設備所使用的技術措施，仍是最為原始的“調幅制”，因此飛行中陸空間的通信常常被地面非法的電磁波干擾，常常不得不換用備用頻率，才得以保證航班的正常進行。有人和我討論過，為什么塔臺指揮，不采用某些較復雜的技術來避免干擾。我想，大概就是因為這種方式，已經在全世界大量使用，而且不可須臾中斷，因此要進行技術改進的話，影響面就會太大……

稍次于飛機起降時的指揮，是航路上的通信，飛機在兩個機場之間的“航路上”，經常要報告自己的位置高度飛行狀態等等，還要知道別的飛機的動態。在民航飛機使用活塞式發動機時期，飛行高度一般都在三千米以下，因此航路通信只能使用短波（因為甚高頻只能在“可視距離”內有效），而短波通信的質量，大大差于甚高頻，因此在那時期，常常需要配備專職報務員，擔任通信聯絡。到了現代噴氣客機時代，航班飛機都在七八千米以上的高空飛行，“可視距離”大幅增長，因此航路通信也使用甚高頻，而且因為通話質量提高，無需專職報務員，而由正副駕駛員自己直接與地面聯絡了。加上現在通訊技術的發展，遠程指揮經過衛星及光纖信道，可以將視距以外的飛機聯絡信號，由遙控轉接電路建立，保證了遠距離可靠高質量的通信。

對于民航飛機正常飛行另一類設備就是導航了，早期飛機的飛行距離短、高度低，“目視飛行”是很重要的方式，到了現代的民航飛行，高精尖的導航方式發展起來，其中絕大多數都要依靠電磁波，最初的導航設備，主要是“中長波”導航機，由于中長波主要以“地波”傳播，穩定性和方向性都很好，飛機上的“無線電羅盤”能夠指示出地面導航臺與飛機航向的角度，因而起到引導飛行的作用。

利用“線電羅盤”和人工方式的“定向臺”，都是利用無線電波傳輸中，不同角度信號的強度差，由于“垂直天線”發射的波，在用環形天線接收的時候，有“8字形”的強度變化，在兩個圓形相交的地方，強度變化最為明顯，因此就是利用此特點來定向，不過這種定向方式的精度并不很高。

后來發展過一種“雙曲線導航”，是在地面建立成組的發射臺，同時發出信號，飛機上的接收機，由于距離不同電臺的距離不同，所收到的信號相差一定的時間，凡是相差時間相同的點，連接起來就成為“雙曲線組”，兩組以上的雙曲線交點，就可以確定飛機的位置……

還有一種我國民航大量采用的“全向信標+測距儀”的導航系統。早期它是由人工手動方式來定向的，它的原理是：在選定位置上建立導航臺，每間隔一段時間，發送一個“基準信號”，然后由一個從“0度”開始發送旋轉360度的信號，飛機上收到的“基準信號與旋轉信號的時間差”，就表示出飛機的位置與導航臺之間的角度。

當時，飛行員手握“秒表”，在聽到“基準信號”后，立即按下秒表開始計時，然后在聽到“方位信號”的時候，按停秒表，所記下的時間，就可以讀出“方位角”。隨著技術的進步，計時的工作已經完全由電子設備完成了，但是原理仍舊保持不變。在與“全向信標臺”相同點上，還設有“測距儀”，它可以根據無線電波與飛機之間傳輸的時間，確定飛機與導航臺的距離，有了這兩個（方位與距離）數據，就可以確定飛機的位置了。這種定向定位方式，經過多年發展改進，成為現代民航導航的主要設施，稱為“多普勒甚高頻全向信標”，航路上的飛機利用這種導航臺，很容易找到所要降落的機場……

在到達機場附近的時候，就改由“儀表著陸系統”（也被叫做“盲降系統”），來進一步引導飛機到達跑道。儀表著陸系統在跑到頭的末端，發射一個“航向信號”，飛機上的儀表能夠引導飛機，準確的對準“航向臺”，也就是準確地飛在跑道中心線上；盲降系統在跑道“始端”（預定的“接地點”）旁邊，設有“下滑臺”，發出一個與地面呈小角度的信號，飛機只要沿著它指示的“下滑角度”飛行，就會準確的落到跑道頭上去，當然在非常接近跑道的時候，飛行員就會看到“跑道燈”之類的跑道標志了。所以，現代民航飛機，能夠在能見度很差的情況下，準確地找到機場和跑道，然后安全降落在預定的跑道上。

還有一種眾所周知的“全球衛星導航系統”，也就是GPS導航，它也是利用電磁波傳播，由已知相對位置的人造衛星所發射的電波，到達用戶接收設備的時間，算出用戶在地球上的位置和高度。目前以美國最先研制的GPS，然后俄羅斯的“格洛納斯”，我國的“北斗”以及歐洲的“伽利略”幾個系統，它們都有民用和軍用功能，當然也能夠對民航飛機起到導航的作用，而且從它的定位精度和運用廣度上來說，都具有很高的使用價值，因此日益受到廣大用戶的青睞。

近年來，正在發展一種被稱為PBN（中文意思是“基于性能的導航”系統），主要是依靠“全球衛星定位”的精準技術，將導航精度劃分為不同的等級，以保證飛機在不同地點具有所需要的精準度，最小誤差在0.5海里之內，其結果是可以加大航班的密度、提高安全性和可靠性，簡化導航過程等等……

三、結束語

總之，民航班機的快速、準時、安全，都要依靠電磁波的傳播和人類掌握的技術設施，越來越完美的讓我們放心且舒適的旅行。