機載廣播/電視系統試飛技術

陳 寧，肖 妮，孟 超（中國飛行試驗研究院，陜西西安，710089）

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機載廣播/電視系統試飛技術

陳 寧，肖 妮，孟 超
（中國飛行試驗研究院，陜西西安，710089）

摘要：結合某機載廣播/電視系統的試飛內容，對該試飛領域進行了技術探索，本文著重介紹了測試區域選擇方法、測試點布局設計以及場強輔助分析等。

關鍵詞：菲涅爾區；覆蓋范圍；作用距離

0　引言

順應現代化信息戰的需要，將廣播、電視等大功率音視頻發射設備裝載于高速運動平臺上，其試飛技術國內尚屬空白。本文通過對機載廣播/電視系統的試飛，在該領域探索出一套科學高效的試飛模式，本文就其試飛技術作以介紹。

1　試飛方法

機載廣播/電視系統的試飛內容主要有：測試區域選擇、測試點布局、系統綜合化試飛、場強監測等。

1.1地面測試區域的選擇

圖1　在平面上菲涅爾區邊界示意圖

眾所周知：在收、發天線之間的電波傳播空間，根據惠更斯-菲涅爾原理可將傳播路徑劃分成多個菲涅爾區。以收發天線連線為軸線，與軸線相位差小于的區域為同相區，稱為第一菲涅爾區，它是以收、發天線分別為兩個焦點的橢圓球，由收、發天線到橢球面上任一點的連線長度與兩焦點距離之差為λ/2（λ為波長）。由發射天線經橢球內任一點到接收天線的電波與收發間直達波的相位差≤，為同相相加。緊鄰第一菲涅爾橢球區，與其球面的相位差小于的區域也是一個橢球區，稱為第二菲涅爾區，依次向外的橢球區稱為第三、第四、......菲涅爾區，第一、第三菲涅爾區同相，第二、第四菲涅爾區同相，相鄰的反相。工程上常把第一菲涅爾區作為對電波傳播起主要作用的區域，稱為傳播主區，只要在主區內滿足自由空間條件，無障礙物，就可認為電波是在自由空間傳播。

圖1為收發天線在平面YOZ上的菲涅爾區邊界示意圖。其中發射天線（機上廣播/電視天線）距YOZ面高度為Ht，接收天線（測試點）距YOZ面高度為Hr，收、發天線之間距離為R。

由圖中得出：發射源和測試點通過地面的最短路徑RRO為：

考慮一般情況，對于平面上任一點（不一定在菲涅爾橢球區），設其坐標為（o、y、z），則源天線和接收天線間通過此點的路徑RR長度由下式決定：

按RR傳播的射線的相位將滯后于按傳播的射線的RRO相位，差值應為：

根據菲涅爾橢圓定義，在第N菲涅爾橢圓上任一點（o、y1、z1）：

確定第N個菲涅爾區邊界的公式為：

由上式可知，N取1，2，3，...時將得出菲涅爾橢圓與平面的相交線，λ取不同數值也將得到不同大小的橢圓，N越大，λ越大，橢圓就越大。

因此，為了保證能夠測試到真實可靠的試飛數據，達到廣播/電視信號在自由空間傳播的目的，就必須在試飛前期根據信號的頻率、功率及方向性系數進行詳細計算，并針對測試區域進行細致的地理考察和頻譜偵測工作，避免高大障礙物（如山峰）對信號的遮攔以及當地強電磁信號（如信號發射塔）的干擾，甄選出既滿足通視要求又滿足電磁環境要求的菲涅爾區作為測試區域。

1.2根據機載廣播/電視天線的方向圖特性進行地面測試點布局

根據其發射天線的方向圖特點，針對指標要求的覆蓋范圍（水平×縱深）和作用距離，首先設計了與航線平行的地面測試點布置方案（見圖2），縱深覆蓋范圍的測試依賴于試飛航線的遠近調整，該方案的缺點是不能同時判定水平覆蓋范圍和縱深覆蓋范圍，而且試飛周期長。后經過反復計算論證和多種地面布局方案的模擬比較，根據各分系統天線方向圖的E面波束寬度和H面波束寬度，制定出在航線中心垂直線上不等距布局的測試點分布方案（見圖3），在弱化地勢影響和精簡地面人員的前提下最大程度地保證了測試指標的科學有效性。

圖2　試飛示意圖a

圖3　試飛示意圖b

1.3系統綜合化試飛

系統綜合化試飛的前提是實現機載廣播/電視系統全狀態工作，這不僅是對載機任務電源系統的考驗，更是對整機電磁兼容性的嚴酷考驗。首先要進行前期充分的地面電磁兼容性試驗，對暴露出來的各類干擾現象進行了認真分析，根據其干擾機理采取濾波、屏蔽、閉鎖、分時、分頻等相應合理的抑制措施或有效的隔離措施，并經過地面多次試驗并確認干擾消除后，方可在空中實施廣播/電視系統全狀態工作。

1.4地面場強測試

以往的場強測試，均是在一靜一動的條件下進行，既在源或點某一條件相對固定的環境下測試場強的變化趨勢。輻射源在動態情況下，它的場強在整個輻射區域是如何分布變化的，我們從來沒有相關積累，國內也沒有相關資料，機載廣播/電視系統試飛為我們探索這一全新領域提供了良好的契機。

在機載廣播/電視系統鑒定試飛過程中，各個測試點對所有音視頻數據進行完整的采集記錄，經過對各點同時段錄制的音視頻節目質量和相應場強值的比對分析，結果證明音視頻節目的收視效果和它的場強大小是趨勢一致的，但是，這種結論只能針對單個測試點。經過對大量數據統計分析，發現整個測試區域的場強分布和音視頻節目質量之間并沒有很規律的關聯。經分析，造成這種結果的原因如下：一是環境影響，如環境電平的隨機變化、天氣對電磁場傳播的影響、地球曲率的影響、周圍存在不定的電磁干擾、測試系統的架設環境多樣、地表引起的漫反射等等；二是人為因素，如標準接收天線的主波束未對準航線、難以避免的數據判讀誤差等等。雖然統計結果表明場強值不能作為評判機載廣播/電視系統試飛效果的主要依據，但它在廣譜的電磁環境中作為一種監測有用信號、雜散信號的手段來用于音視頻數據分析是非常必要和重要的，是客觀評判音視頻節目質量的良好輔助。譬如：某地面測試點的電視收視質量一直為4～5級，但某天突然降級為3級左右（信號質量按5級劃分，5級為最佳），經對該點電磁環境監測后發現，電視信號變差的原因是由于在電視信號頻率附近出現一個強干擾信號，排除了機載電視設備的故障嫌疑。

2　試飛結果分析

該試飛新技術的應用效果良好，具有科學、高效、準確的優特點，一個架次就能夠測試出機載廣播/電視系統縱深覆蓋范圍、水平覆蓋范圍和作用距離的戰技指標和極限指標。

3　結束語

當今世界上，信息戰的發展是不可逆轉的趨勢，它已經成為戰爭中最重要、效率最高的一種作戰手段，機載信息化設備的試飛技術也在日新月異地發展，因此，我們要在該方面不斷地學習和積累，以適應未來飛行試驗的新需求。

參考文獻

［1］毛乃宏，俱新德.天線測量手冊.國防工業出版社，1987。

［2］陳寧.XX飛機試飛技術總結報告，2008年。

［3］謝處方，邱文杰.天線原理與設計.西北電訊工程學院出版社，1995，2-3，76-85。

Flight test technology for airborne broadcast / television system

Chen Ning，Xiao Ni，Meng Chao
（Chinese Flight Test Establishment，Xi’an Shaanxi，710089）

Abstract：Combined with the test content of airborne radio/television system，on the flight in the field were exploring technology，this paper focuses on the selection methods for test area，test point layout design and field assisted analysis.

Keywords：Fresnel zone；coverage；distance

作者簡介

陳寧（1969—），女，陜西大荔人，高級工程師，現主要從事飛機航電系統試飛技術研究。