民航地空話音通信系統(tǒng)設計研究

艾雨

（西南空管局技術保障中心，四川 成都 610000）

民用航空地空通信是地面與航空器進行信息交互的主要手段和方式，廣泛運用于民用航空器運行的各個階段。民航地空通信主要為空中交通服務部門與航空器之間提供空中交通服務通信，為航空公司運營管理部門與航空器之間提供航務管理通信，并為民用航空器的搜尋，救援等緊急情況下提供特殊通信保障。民用地空通信現(xiàn)用的形式主要有VHF,HF話音通信和地空數(shù)據(jù)鏈通信。

民航地空話音通信的任務是以話音的形式來實現(xiàn)航空，空中交通管制部門，機場和航空公司運營部門等民用航空飛行活動主體之間的有效聯(lián)系和信息交換，保障民用航空飛行活動安全有序地進行。近年來，隨著民航的快速發(fā)展，以往的落后的地空話音系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足民航對于地空通信多重保障的要求，如何設計建設新型，能夠提供多重通信保障的地空話音系統(tǒng)，成為一個重要的課題。

目前，常見的地空通信系統(tǒng)主要由以下三部分構成：（1）直接提供給管制人員使用的地空通信系統(tǒng)終端設備，例如，話音交換系統(tǒng)及其操作席位(內(nèi)話系統(tǒng))；（2）實現(xiàn)與航空器無線電通信的VHF/HF 電臺，包括本地和遠端的遙控電臺；（3）地空通信終端設備到本地或者遠端電臺之間的傳輸鏈路，包括電纜、光纖傳輸設備、微波傳輸設備等。

1 VHF 天線共用系統(tǒng)

隨著航空事業(yè)的快速發(fā)展，對地空通信的要求越來越高，不但要求保證通信暢通，對通信容量也有了更高的要求。要在不新增天線場地的情況下，盡可能多地增加地空通信設備，成為一個難題，因此，天線公用系統(tǒng)的建設應運而生。采用天線共用系統(tǒng)，使多路收發(fā)信機共用一套天饋系統(tǒng)，這樣既可以減少信道見的相互干擾提供傳播效率，又大大節(jié)約了天線場地。

天線共用系統(tǒng)可以采用收發(fā)一體模式，也可以采用收發(fā)分離模式。收發(fā)一體模式將多個收發(fā)天整子安裝在一個天線內(nèi)，對天線場地的要求不高。后者將收發(fā)天線分開，或若干信道共用一個天線。

由于受饋線及天線的功率等多方面因素的限制，通常一套天饋單元只能支持4 ～8 個信道使用(民航通常采用4 個信道共用一組天饋系統(tǒng))。所以一個多信道的甚高頻天線共用系統(tǒng)，需要多套天饋單元組合使用。

2 VHF 多重覆蓋及頻偏設計

當前民航的VHF 通信已經(jīng)從以往的單臺站單扇區(qū)覆蓋進入現(xiàn)在的多扇區(qū)多臺站的覆蓋。多臺站對同一扇區(qū)的多重覆蓋不僅大大提高了VHF 地空通信的保障力度，同時也實現(xiàn)了VHF 地空通信的無盲點覆蓋。但是在多重覆蓋區(qū)域，不同臺站所發(fā)出的VHF 信號會產(chǎn)生同頻干擾，這對飛行員來說是不可忍受的。為了有效地克服多重覆蓋所帶來的同頻干擾，國際民航組織ICAO 規(guī)定了民航的收發(fā)信機都設有頻偏參數(shù)。頻偏參數(shù)使互調(diào)后的調(diào)制信號經(jīng)收發(fā)信機解調(diào)的干擾信號落于之外，從而有效地克服同頻干擾對于民航VHF 通信的影響。對于信道間隔為25KHz 的VHF 通信來說，收發(fā)信機允許的頻偏參數(shù)分別為0，±2.5KHz，±5KHz，±7.5KHz。設有圖1所示的多重覆蓋圖，其頻偏設計步驟(本文以三頻偏設計為例)如下：

圖1 多重覆蓋圖

步驟1：由圖1 所示，圖中各扇區(qū)最大多重覆蓋數(shù)為N=3，則選用三頻偏(0,-5,+5)來進行頻偏設計。以ST1 臺站為中心臺站，令ST1 的各頻率頻偏為0，即：

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步驟3：對于ST3 來說其只服務于扇區(qū)C，故：

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步驟4：由于ST4 與ST1 和ST2 有多重覆蓋扇區(qū)A，且已確定，故只能有，因此得到ST4 各信道頻偏為：

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3 多套內(nèi)話及其綜合布線的設計

為了提高地空通信的保障力度，我們不僅要提高各臺站的電臺的配置，在同一臺站使用VHF 共用系統(tǒng)保障，在同一扇區(qū)利用多重覆蓋保障通信；同時在各個管制中心，我們還需要配置多套內(nèi)話系統(tǒng)，從而實現(xiàn)多套內(nèi)話的互相備份，來有效的保證管制員的正常通信。目前，新建的各大區(qū)域管制中心都配備有多套內(nèi)話系統(tǒng)，科學地設計多套內(nèi)話之間的信號線路分配，不僅可以更合理地分配頻率資源，提高各套VCSS 的保障力度。同時還可以把各套VCSS 相互之間的影響降到最低，大大縮短了故障的處理時間，提高了設備維護的效率。

圖2 成都區(qū)域管制中心地空話音通信系統(tǒng)結構圖

如圖2 所示。圖中系統(tǒng)配有三套內(nèi)話，所有遙控臺的話音信號分別經(jīng)過地面?zhèn)鬏斣O備（光纖，SDH 等）和衛(wèi)星傳輸設備傳送至設備中心機房。在設備中心分別設有兩套總配線架(MDF)，地面信號MDF 以及衛(wèi)星信號MDF，由于三套內(nèi)話均獨立運行，因此我們通過MDF 把所有VHF/HF 信號一分為三，分別送至各套內(nèi)話的中間配線架(IDF)，每套內(nèi)話的信號接入只需要在各自IDF 上跳線即可實現(xiàn)。當某套內(nèi)話系統(tǒng)故障或維護時，僅需要斷開其IDF 與MDF 之間的聯(lián)接即可。此種設計方法，不僅完成可以實現(xiàn)多套內(nèi)話之間的冗余備份，同時由于其線路結構清晰，也提高了設備維護人員的設備維護效率。

4 結語

隨著我們民用航空業(yè)的快速發(fā)展，以往的簡單的地空話音通信系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足空中交通管制的需要。本文從VHF/HF 共用系統(tǒng)、扇區(qū)的多重覆蓋、以及設備中心多套內(nèi)話系統(tǒng)間的綜合布線設計三方面介紹了新型的大容量、多冗余的地空話音通信系統(tǒng)的設計方法。VHF/HF 共用系統(tǒng)可以在不新增天線及場地的情況下提供更多信道的通信服務；多重覆蓋真正實現(xiàn)了地空通信的無盲點通信，大大提高了VHF 地空通信的可靠性；設備中心多套內(nèi)話系統(tǒng)間合理的綜合布線不僅提高了各套VCSS 之間頻率資源的合理利用，同時其獨立的線路結構還大大縮短了故障的處理時間，提高了設備維護的效率，把多套內(nèi)話系統(tǒng)相互間的影響降到最低。