電磁干擾環境下的航空通信距離計算分析

2022-01-03 16:58:10胡自立

科技與創新 2021年24期

胡自立

（民航西南空管局技術保障中心，四川成都 610000）

航空通信指的是飛行器和飛行器之間或者飛行器和地面之間的無線電通信。隨著中國經濟的發展以及技術水平的提升，中國電力技術飛速發展使得無線通信面臨著更加復雜的電磁環境，除了自然電磁的干擾以外還存在人為環境的干擾，因此需要對電磁干擾環境下的航空通信距離進行計算，從而可以優化具體應用的效果，進而可以推進系統的作用可以得到有效的發揮。

1 航空通信場景

航空通信系統受到電磁干擾時的通信場景是由兩個通信終端和干擾終端組成，干擾終端發射噪聲調制類型的干擾信號，對兩個通信終端之間的航空通信信息實行同頻干擾。航空通信距離指的是通過通信終端在干擾終端的電磁干擾下，可以相互接收對方有用信號的最大距離。在系統運行的時候如果干擾終端和兩通信終端的位置及距離存在差異，會產生不同的干擾導致兩種接收距離存在比較明顯的差異[1]。

在通過計算的時候可以采用：干擾鏈路2=干擾鏈路1+通信鏈路。其中，干擾線路1指的是干擾終端和通信終端1之間的鏈路dj；干擾線路2指的是干擾終端和通信終端2之間的鏈路，可以用Duj表示；通信鏈路指的是兩個通信終端之間的距離du。進而可以得出表達式Duj=dj+du。

通信終端需要接收到的有用信號滿足一定條件才可以保證航空通信的質量，信號質量常采用信干噪比SINR表征，滿足接收端SINR需求的時候對應的收發兩端距離，這就是通信距離的實際概念。

2 鏈路計算

2.1 信號或者干擾強度的計算

通過對上文分析的實際結果以及根據無線電信號的收、發過程，可以按照以下公式進行接收端受到的信號以及干擾強度的計算：

式（1）中：S為接收到的信號強度；Pt為發射端的全向輻射功率；Gt為發射天線增益；Gr為接受天線增益；Lt為發射端射頻線路衰減；Lr為接受端射頻線路衰減；Lf為空間傳輸衰減；Lp為天線極化衰減。

上述參數的單位為dB，在自由空間的狀態下，通過對公式進行近一步的計算，可以得出Lf空間傳輸衰減的計算公式為：

式（2）中：f為無線電信號的頻率，MHz；d為收發兩端的距離，km。

為了方便進行計算，假設系統在比較平穩的條件下運行，可以假定參數為Gt=Gr=-10 dB，Lt=Lr=1 dB，Lp=0 dB，f=150 MHz。

通過對上述的公式以及數值進行代入以及計算可以得出最后的表達式S=Pt-97.9-20lg（d）。

2.2 噪音的計算

一般而言，航空通信的噪聲主要涵蓋兩種即熱噪聲以及系統噪聲。熱噪聲指的是航空通信系統內部的電子由于隨機波動的影響而導致的，其公式為：

式（3）中：ni為熱噪聲電平；k為波爾茲曼常數，k=1.38×10-23J/K；t為接收機的噪音溫度，K；B為帶寬，Hz。為了簡化計算的過程，優化計算的實際效果，本次計算的時候假定t=290 K，從而可以計算出參考噪聲功率[2]。

假設本次系統運行的時候，天線以及傳輸線的溫度等于參考溫度時，可以得到噪聲因子n的計算公式：

式（4）中：na為外部噪音因子；Lc為天線的損耗因子；Ll為傳輸線相關的損耗因子；nr為接收機噪音因子，其具體的數值是由接收機自身的特性決定的。na的數值和接收機內部的熱噪聲功率有關，在進行估算的時候可以根據ITU建議書的噪聲中值曲線進行計算，可以得出na的計算公式為：

式（5）中：c和d為工作環境種類相關的常數，其數值視自身所處的環境而定，即c的數值在城市為76.8，郊區為72.5，農村為67.2；d的數值在城市、郊區以及農村條件的數值都為27.7。在運行的時候將無線電接機工作環境溫度設置為參考溫度，這個時候接收機的總噪聲功率N的數值等于系統噪聲和熱噪聲的總和，其數值表示為：

式（6）中：n為系統噪聲，其計算公式如同上文所示。

3 航空通訊距離的計算

3.1 最大航空通信距離的選擇流程

在計算通信距離的時候，常采用信噪比距離和信干噪比距離。信噪比距離指的是系統在干擾條件下不存在人為因素影響的對應距離叫做信噪比距離，存在人為干擾的時候的距離是信干噪比距離。

實際上，信噪比距離或者信干噪比距離存在一個不大于視距的統一的前提，在進行最大距離的選擇的時候需要嚴格遵循這一原則。在這個前提條件下，無擾視距如果大于或者等于信噪比距離代表著最大通信距離就是信噪比距離。如果干擾鏈路視距的數值比信干噪比距離的數值大，就說明最大通信距離和信干噪比距離相符合，否則將最大通信距離設置為有擾鏈路視距。