地空通信综述

国家无线电监测中心 刘 蓉 任培明 霍 甲

一、引言

民航地空通信主要以话音为主，数据通信所占的比重较小，通信方式比较单一，主要采用甚高频（VHF）通信技术，并且话音通信存在缺点和局限性，随着民航事业的迅速发展，以话音为主的地空通信已经不能满足空中交通需求的迅速增长。随着我国经济的发展，空中交通流量的增加，现行的民航地空通信系统将逐渐显现出其对需求的不适应性，因此，我们有必要时刻关注民航地空通信的发展方向。

二、短波地空通信概述

短波地空通信是指利用短波频段进行的地面与设备与机载设备进行的通信。通信频段为9kHz～30MHz。

短波通信由于其天波传播特性，在通信领域具有其他通信手段无法替代的地位，特别是在民用航空地空通信中，短波通信对于航线覆盖与极地飞行，起着重要的保障作用。在上世纪90年代之前，短波通信是支持飞机在海洋和边缘陆地上空安全、有效、正常飞行的惟一航空媒介。

短波电波传播主要依靠电离层反射，传播距离远，而电离层随昼夜和季节变化，很不稳定，还会受到太阳黑子活动的影响产生扰动。大量广播电台、军用电台和其他专业及业余电台都在利用短波信道，短波信道日益拥挤，使短波信号产生衰落、多径干扰或临台干扰，信号质量较差且不稳定。因此短波地空通信在中国民航已处于被淘汰的地位，只有少数边远内陆、荒漠地区（如新疆）短波地空通信仍以备用方式存在，在甚高频遥控系统不能覆盖的空域作为补充。尽管如此，短波数据链的应用使得短波地空通信仍然有可利用的价值。

1. 地空通信的短波传播方式

短波地空通信中所使用的短波实质为无线电波，主要用于地面与飞机间的通信，其通信传播方式主要有以下三种：

地面波。地面波是沿着地球表面传播的波，它沿着半导电性质和起伏不平的地表面进行传播。

天波。天波是经过地面上空40～800公里高度含有大量自由电子离子的电离层的反射或折射后返回地面的电波传输方式。天波是短波的主要传播途径，可实现长距离的传播。

直接波。直接波是从发射天线到接收天线之间，不经过任何发射，直接到达，电波就象一束光一样，所以有人称它为视线传播。由于民航中，飞机大多数时间都是在飞行，所以有些时候地、空之间的短波通信，实际上是可以靠直接波完成的。

2. 短波地空通信的信号类型

（1）话音通信。比较常见并且比较容易识别的是单边带报话。日常监测中通过短波监听接收机可以收听到在发的短波地空通信单边带报话。

（2）数据通信。数据通信是指通过短波通信数据链（HFDL）支持飞机使用短波（航路）业务频率上的数据通信。使用面向比特的规程。试验显示它比目前短波话音通信有较高的稳定性和可用性。可以提供实用的数据通信，可能作为备用或者卫星数据链的补充。现在的HF地空通信系统主要采用话音通信，由于话音通信的弊端，未来以数据通信为主。

由于高频数据链通信技术采用了自适应选频技术和地面台组网技术，可靠性大大加强，使高频数据链在未来地空通信系统中占有一席之地，它与航空卫星移动通信（AMSS）形成互补，提高了地空通信的可靠性。

短波地空通信数据链系统在民用航空领域，由于我国地理复杂、疆域辽阔、超短波网络尚不能实现完全覆盖，短波依然是地空通信的主要手段。短波地空通信数据链系统作为民航数据通信系统的子系统，在当前兴起的极地飞行中，有效解决了飞行盲区问题，对飞行安全起着非常重要的保障作用。短波地空通信数据链系统用于航空器飞行中保持与基地和远方航站的联络。其系统构造由短波/超短波通信系统、卫星通信站、地空数据网及机载通信系统组成，短波地空通信数据链系统通过短波、超短波与卫星实现了近、中、远程地空实时话音和数据通信。

3. 短波地空通信的特点及应用

科学家们研究发现，短波是利用大气层中的电离层的反射传播到几千公里以外的地方去的。大气层在受到太阳光的照射后，形成一层带电的空气层，称为电离层。电离层在离地面60公里一直到2000公里左右。当无线电波进入电离层后，就会因为折射而产生弯曲，就像光的折射一样。当无线电波深入到电离层一定深度后，它就会掉转方向向下传播，最终重新返回地面，返回地面的无线电波又被地面反射回天空，再被反射回地面，这样多次跳跃，就可以传到很远的地方去了。这称为天线传播。短波可以在电离层中“来去自如”，使短波终于找到了大显身手的地方。

20世纪60年代到80年代初，短波通信在当时中国民航的航空通信中发挥了极大的作用。北京、上海等地均建有大型的中心发信台和收信台，北京发信台在鼎盛时期，曾有30多套短波发射机以及庞大的天线阵，最大的发射机功率达到80kW，每天至少开放十几个波道，有的还24小时连续工作。那时的短波通信是国内和国际平面波道的主要通信手段，由于我国地理复杂、疆域辽阔、超短波网络尚不能实现完全覆盖，由于甚高频覆盖的限制，短波也是地空通信指挥的主力军。短波地空通信数据链系统作为民航数据通信系统的子系统，在当前兴起的极地飞行中，有效解决了飞行盲区问题，对飞行安全起着非常重要的保障作用，并且也只有短波通信能担此重任。

然而随着飞机的现代化和有线通信、甚高频通信的迅猛发展以及由于短波通信固有的缺陷，现在中国民航的短波地空通信已退出了历史舞台。在地空通信中，我国东部地区已基本达到甚高频覆盖，短波仅作为备份。一些小型机场的短波收发信台已被撤除，一些新建的大中型机场也取消了发信台。

三、甚高频地空通信

1. 甚高频地空通信概述

利用甚高频频段进行地空通信的方式叫做甚高频地空通信。通信频段为118MHz～136.975MHz，采用双边带调幅，工作方式为单信道半双工。VHF地空通信是现在中国民航主要的航空移动通信方式，能提供快捷、可靠的地空视距范围内的通信。VHF电波沿直线传播，电离层不能反射，限制了其发射和接收基本是在视距范围内。

2. 甚高频地空通信的信号类型

VHF地空通信包含话音和数据链通信。

但是话音速度慢，占用信道时间长，限制了资源利用率的提高；话音通信由于方言，不同语言的存在，加大了出错的几率；某些计算机数据不便于口述，飞机上要利用地面数据信息也不便由话音通信来实现，更加限制了其业务种类。

由于数据通信具有高速率、高可靠性、高容量、抗干扰能力强等特点，已成为民航地空通信的发展方向，中国民航业正在加紧VHF地空数据链的建设。现行的VHF地空数据链成为飞机通信、寻址与报告系统，可以使飞机就像一个移动的终端一样与地面数据通信网相连，并可以使飞机上的其他计算机化系统与之相连，自动获取飞行数据。

3. 甚高频地空通信的应用及发展

中国民航大力建设VHF地空通信系统，许多较大的机场终端区都建设了VHF共用系统，以满足这些繁忙终端区地空通信的要求，较好解决了干扰的问题，部分繁忙的机场还是先了VHF通信的双重覆盖。在小机场终端区，通过对VHF地空通信系统的政治，实现了小机场VHF地空通信系统配置、频率配置、功率配置标准统一，使其向标准化、规范化方向发展。

1998年，中国民航地空数据通信系统开始第一期地空通信网络建设，一直到2006年12月完成了87个VHF远端地面站建设，覆盖除部分西部航路外的全部中、高航路。2007年底，已在全国建立87个ACARS（飞机通信、寻址与报告系统）远端地面站，同时提供部分机场（76个）地面的通信覆盖，与美国ARINC、泰国AEROTHAI共同成立GLOBALINK/ASIA服务体系，为国外航空单位共同提供一体化的国际地空数据通信服务。

在航路通信上，采用VHF遥控系统的接力覆盖来完成航路通信的VHF化，VHF遥控作为替代短波完成航路通信指挥系统。VHF遥控系统是用来替代短波通信的航路通信指挥系统，为了最大限度的利用传输线路的带宽资源，在VHF地空遥控通信系统中还引入了数话合一技术，简单的说就是将数据信息和话音信息合成一路传输的技术，可以在一条传输线路中完成个多种业务的应用。经过中国民航“八五”及“九五”期间的建设，已经基本实现了东部地区3300米以上空域的VHF通信覆盖，西部主要航路6600米以上的VHF覆盖存在的盲区。

四、结束语

近年来，随着微型计算机、移动通信和微电子技术的迅速发展，短波通信技术有了新的突破性进展，出现了实时选频、自适应、跳频、差错控制、多载波正交频分复用（OFDM）调制及软件无线电等新技术，使短波通信很好地弥补了它的缺点，还使短波通信的设备更加小型化、更加灵活方便，进一步发挥了短波通信设备简单、造价低廉、机动灵活等固有的优点。短波通信作为民航内部通信的重要手段，必将在今后较长时间内得到保持和发展。为了克服现行地空通信的缺陷，满足空中交通蓬勃发展对地空通信的更高要求，国际民航组织在新航行系统的规划中认为，今后地空通信将以甚高频（VHF）地空通信,航空卫星移动通信（AMSS）,短波（高频）地空通信，二次监视雷达（SSR）的S模式数据链，这四种通信方式可以交互操作为主。除二次监视雷达（SSR）的S模式数据链外，其他三种通信方式都包含数据和话音通信，并且以数据通信为主，话音通信将逐渐减少，最终话音通信只在紧急状况下使用。在陆地上空以VHF为主要方式，跨洋飞行采用卫星或HF数据链，而在高密度的经济发达地区，则以二次雷达数据链做为传递信息的方式。