高頻通信系統失效的研究與分析方法

2017-08-17 04:38:44鄔昊慜

中國科技縱橫 2017年14期

摘要：高頻通信是民機通信的一項重要手段，由于其主要通過電離層反射傳播信號，受外界影響因素較多，通信質量時好時壞，有時無法判斷是外界因素造成還是系統本身故障。故建立一套完善的高頻通信系統排故與分析方法，對民機高頻通信功能的順利驗證起到至關重要的作用。

關鍵詞：民機通信；高頻；通信系統

中圖分類號：TN911.4 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）14-0016-01

1 引言

民機高頻通信系統主要用于飛機的遠距離通信（大于200公里），系統頻段為2到30MHz，其原理是通過電離層對高頻（短波）信號的反射與折射作用來完成通信。

民機高頻通信系統主要由HF收發機、HF耦合器、饋線以及天線組成，飛行機組人員在駕駛艙通過音頻綜合系統與高頻系統相連進行通信。

2 系統失效現象

高頻通信系統由于其帶寬較窄、電離層變化頻繁等原因而時常出現通信質量差、通信突然中斷的問題。

在國產某民機高頻通信系統的審定試驗過程中，出現多個低頻段頻點（高頻通信頻段為2兆-30兆，其中2兆-10兆頻段為低頻段）遠距離通信失敗的現象。此時，駕駛員無法與地面塔臺建立通信。隨后，試驗人員改與北京呼叫中心聯系，也無法建立通信。至此，目擊該試驗的局方代表表示由于部分頻點未能建立通信，整個高頻通信系統審定試驗無法批準通過。

3 排故方法

為快速找出高頻遠距離通信失敗的原因。在解決問題的過程中應采用故障樹分析方法、機上試驗方法和理論分析方法相組合。以最快的速度定位了問題根源，摸清了高頻遠距離通信的規律。排故重點工作有故障原因分析、理論分析和機上試驗。從故障原因分析到機上試驗是一個逐步細化篩選迭代的過程。首先需要進行故障原因分析，對可能導致故障的因素進行了篩選；然后根據分析所得可能導致故障的因素開展機上試驗；經試驗驗證出系統設備工作均正常后，再對高頻通信本身的特性特點進行分析，得出了高頻信號的傳播規律與頻率計算公式。最后再通過大量的地面試驗、試飛試驗來驗證該公式有效性。

3.1 高頻通信規律研究分析與頻率計算

高頻信號的電離層反射和吸收高頻信號具有規律性，可使用頻率的高低與電離層電子密度成正比，故在使用高頻進行遠距離通信時不能從高頻波段內任意選用一個頻率。應在白天盡量選用高頻段頻點，在夜間盡量選用低頻段頻點。高頻段與低頻段的分界線一般定為10MHz。高頻系統雖然用于越洋或跨國通信，但由于其各頻段特性均不相同且對電離層十分敏感，在大于一定距離通信時必須進行頻率優選。

高頻系統在通信中有一個概念即最高可用頻率（MUF）與最低可用頻率（LUF）。MUF不等同于上章所描述的臨界頻率Fc，它與Fc之間的換算公式為：MUF=Fc×sec。表示高頻信號至電離層的入射角。由該公式可以看出，不同通信距離的MUF值也不相同，入射角越大即通信距離越長，MUF值便越大。在已知Fc的情況下和通信距離的情況下，可以推算出該距離下的MUF值。LUF通常被定義為能保證最低所需信噪比的頻率，它和高頻發射機發射功率、天線增益、接收機靈敏度有關。一般高頻通信頻點應在MUF和LUF之間選擇才能保證通信質量，而將MUF乘以0.85稱為最佳工作頻率（OWF），該頻率可以保證在一個月內有90%的概率達到指定的通信地點。

3.2 天線輻射強度檢測

高頻通信系統的天線輻射強度檢測是驗證飛機高頻通信系統工作正常而進行的一項非常重要的試驗。天線檢測不僅檢測其方向圖（輻射強度相對值），同時也應測量與天線一定距離下的輻射強度絕對值。通過不同頻點下的輻射絕對值倒推出天線的實際輻射強度，與高頻收發機的額定發射功率進行對比，判斷輻射強度是否正常。

3.2.1 測量方法

天線輻射測量布置示意圖見圖1，將接收天線放置在測量位置，利用EMI接收機和計算機進行電場強度的自動掃描測試。

3.2.2 測量說明

測試頻段：2MHz～30MHz；

測試位置：接收天線位于飛機正前方順時針約45度處；

測試距離：距高頻天線至少300m；

測試狀態：高頻通信發射狀態。

3.2.3 主要測試設備

主要參試設備如表1所示。

3.3 高頻試驗試飛