自适应干扰技术在民航地空通信中的运用

2017-04-13魏煜晖

电子测试 2017年24期

魏煜晖

（中国民用航空华北地区空中交通管理局，北京，100011）

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民航空中交通管制包涵诸多的内容，如：空中交通服务、空域管理、空中交通流量管理等，在我国民航飞行流量不断增大的趋势之下，民航地空通信成为重要的管控内容，为了更好地保证民航飞行安全，要加强地空通信，使之具有较高的通信质量，并具有更为稳定和可靠的通信性能。然而，电信业务不断扩张的状态在较大的程度上干扰了民航地空通信，显现出民航地空通信中的电磁干扰持续增长的现象和问题。为此，要采用有效的自适应干扰技术，更好地维护空中电波秩序，净化电磁环境，确保航空安全与稳定。

1 民航VHF地空通信干扰问题分析

1.1 民航VHF电台信号特点

我国现有的民航VHF地空话音通信主要是采用模拟式和数字式的VHF电台，它们主要是以软件无线电技术为支撑和依托，在低中频位置实现模数的转换和数字信号的处理。其主要构件主要有：发射机模块（TX）、接收机模块（RX）、指令与控制模块（C/C）、电源模块（PWR）、检测模块（BIT）等，在带载波双边带幅度调制、半双工通信的工作方式之下，民航VHF地空话音通信的工作频率为118MHz-136.975MHz，频道的间隔为25kHz或8.33kHz，并最多可以高达2200个的通信信道。

1.2 民航VHF干扰源及干扰产生机理分析

由于我国广播、移动通信的发展与普及，市场上出现一些劣质发射机，无线电频率资源显现出日趋紧张的态势，而民航空管VHF电台的带载波双边带幅度调制工作方式，受到较为严重的电磁干扰，如：噪声干扰、话音干扰、电流声、卡阻、宽频段干扰、机组反映弱信号、通信失效、发报声干扰等，通过调查发现，民航VHF干扰源主要来自于以下方面：（1）大功率无绳电话。这是允许用户进入到公用电话网的通信设备，然而，大多数为非法大功率无绳电话，它擅自加大发射功率、非法占用无线电频率，极大地干扰了民航飞行安全。（2）调频广播电台。广播发射机的发射功率较大，通常都会超过1KW之上，它与民航VHF通信频段相邻，对民航通信难免产生干扰，加上广播发射机的滤波器容易因设备老化而出现问题，极大地干扰了民航通信。（3）有线电视设备。有线电视增补频道会占用民航通信专用频率，当其出现传输线路屏蔽不良或异常故障的状态时，就会对民航通信产生同频干扰。（4）大型非无线电电子设备。这主要是指工、科、医、农等大型电子设备，这些无线电信号的频段极宽、强度较大，也会在一定程度上干扰民航通信频率。（5）个人用电子设备。人们随身携带的手机、电脑、游戏机、PDA等设备会在工作状态下向外辐射电磁波，在一定程度上产生噪音影响民航通信质量和精度。（6）无线寻呼发射机。这个单频单向的传输系统的工作频段较杂，通常是采用频移键控（FSK）的数字信号调制方式，他们也会成为民航专用频段的干扰源。

从民航通信的干扰源的产生机理来看，主要有以下内容：（1）同频干扰。在无线通信信道之中有各种不同的干扰信号，它们具有相差不大的不同频率，也会产生同频道干扰，频率范围通常为fc±B/2（fc为载波频率、B为接收机的中频带宽）。（2）互调干扰。它主要源于传输信道中的非线性电路，包括有接收机互调、发射机互调、外部互调等，民航VHF接收机对于非线性电路表现得极其敏感，在多个干扰信号同时馈入接收机时，会出现互调干扰的现象。（3）阻塞干扰。民航地空通信的视距范围内有障碍物阻挡时，通常会设置中继站，然而还有其他业务的发射机，会对民航通信产生阻塞干扰。（4）杂散辐射。它是发射机内频率源的各种寄生振荡和辐射，由于存在滤波器输出输入阻抗偏离设计值或屏蔽接地不良的现象，这就会出现杂波射频分量过大的干扰现象，形成对民航VHF通信的干扰。

2 民航地空通信中的自适应干扰技术的运用分析

对于民航地空通信中存在的干扰现象和问题，可以采用改频、监测、清查等非技术性的手段，然而成本较高并且难以从根本上清除干扰，为此，应当采用盲自适应信号处理的技术，以实现对民航地空通信中的干扰抑制，并根据不同的干扰源采用不同的干扰抑制技术方案。通常来说，对于具有恒定包络的民航VHF地空通信常见干扰，可以采用单通道恒模干扰抑制技术、多通道恒模干扰抑制技术；对于一般的非恒模干扰信号，则可以采用多通道非恒模干扰抑制技术。

2.1 单通道最优恒模干扰抑制技术

它主要应用于对民航地空通信信号的分离和估计，无须训练序列，而只是以信号恒模特征为前提，采用时域滤波的方式，对通信信号进行恢复的半盲信号处理技术，可以在这一技术中采用基于信号恒模特性的盲自适应算法，以解决具有恒定包络的通信信号在多径衰落环境下的变化问题。

2.2 双通道恒模干扰抑制技术

在双通道恒模干扰抑制技术之中，采用恒模阵列的算法，它无须发射训练序列或已知信号的波达方向，仅是利用原始信号的恒模特性恢复恒模信号，考虑到恒模算法输出的恒模信号为干扰信号，为此要由对消器对消掉接收信号中的恒模信号，使之转化为有用信号进行输出。同时，这种自适应技术要先载波抑制之后再进行恒模信号的提取，采用基于信号属性判断的误捕获解决方案，可以有效地避免恒模阵列误捕获的调幅信号，从而增强民航地空通信系统的抗干扰能力。

2.3 双通道非恒模干扰抑制技术

这一技术主要适用于针对非恒模干扰的现象和问题，是基于高阶累积量和信息论的视角，采用全盲信号处理技术，较好地将干扰信号和有用信号进行分离。该技术主要是利用基于高阶累积量的盲信号提取算法，提取代价函数，实现算法的简化，然后再针对独立性的等变性自适应分解算法收敛性问题进行分析，采用EASI算法以提高其收敛性能。