高频通信系统失效的研究与分析方法

2017-08-17邬昊慜

中国科技纵横 2017年14期

摘要：高频通信是民机通信的一项重要手段，由于其主要通过电离层反射传播信号，受外界影响因素较多，通信质量时好时坏，有时无法判断是外界因素造成还是系统本身故障。故建立一套完善的高频通信系统排故与分析方法，对民机高频通信功能的顺利验证起到至关重要的作用。

关键词：民机通信；高频；通信系统

中图分类号：TN911.4 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）14-0016-01

1 引言

民机高频通信系统主要用于飞机的远距离通信（大于200公里），系统频段为2到30MHz，其原理是通过电离层对高频（短波）信号的反射与折射作用来完成通信。

民机高频通信系统主要由HF收发机、HF耦合器、馈线以及天线组成，飞行机组人员在驾驶舱通过音频综合系统与高频系统相连进行通信。

2 系统失效现象

高频通信系统由于其带宽较窄、电离层变化频繁等原因而时常出现通信质量差、通信突然中断的问题。

在国产某民机高频通信系统的审定试验过程中，出现多个低频段频点（高频通信频段为2兆-30兆，其中2兆-10兆频段为低频段）远距离通信失败的现象。此时，驾驶员无法与地面塔台建立通信。随后，试验人员改与北京呼叫中心联系，也无法建立通信。至此，目击该试验的局方代表表示由于部分频点未能建立通信，整个高频通信系统审定试验无法批准通过。

3 排故方法

为快速找出高频远距离通信失败的原因。在解决问题的过程中应采用故障树分析方法、机上试验方法和理论分析方法相组合。以最快的速度定位了问题根源，摸清了高频远距离通信的规律。排故重点工作有故障原因分析、理论分析和机上试验。从故障原因分析到机上试验是一个逐步细化筛选迭代的过程。首先需要进行故障原因分析，对可能导致故障的因素进行了筛选；然后根据分析所得可能导致故障的因素开展机上试验；经试验验证出系统设备工作均正常后，再对高频通信本身的特性特点进行分析，得出了高频信号的传播规律与频率计算公式。最后再通过大量的地面试验、试飞试验来验证该公式有效性。

3.1 高频通信规律研究分析与频率计算

高频信号的电离层反射和吸收高频信号具有规律性，可使用频率的高低与电离层电子密度成正比，故在使用高频进行远距离通信时不能从高频波段内任意选用一个频率。应在白天尽量选用高频段频点，在夜间尽量选用低频段频点。高频段与低频段的分界线一般定为10MHz。高频系统虽然用于越洋或跨国通信，但由于其各频段特性均不相同且对电离层十分敏感，在大于一定距离通信时必须进行频率优选。

高频系统在通信中有一个概念即最高可用频率（MUF）与最低可用频率（LUF）。MUF不等同于上章所描述的临界频率Fc，它与Fc之间的换算公式为：MUF=Fc×sec。表示高频信号至电离层的入射角。由该公式可以看出，不同通信距离的MUF值也不相同，入射角越大即通信距离越长，MUF值便越大。在已知Fc的情况下和通信距离的情况下，可以推算出该距离下的MUF值。LUF通常被定义为能保证最低所需信噪比的频率，它和高频发射机发射功率、天线增益、接收机灵敏度有关。一般高频通信频点应在MUF和LUF之间选择才能保证通信质量，而将MUF乘以0.85称为最佳工作频率（OWF），该频率可以保证在一个月内有90%的概率达到指定的通信地点。

3.2 天线辐射强度检测

高频通信系统的天线辐射强度检测是验证飞机高频通信系统工作正常而进行的一项非常重要的试验。天线检测不仅检测其方向图（辐射强度相对值），同时也应测量与天线一定距离下的辐射强度绝对值。通过不同频点下的辐射绝对值倒推出天线的实际辐射强度，与高频收发机的额定发射功率进行对比，判断辐射强度是否正常。

3.2.1 测量方法

天线辐射测量布置示意图见图1，将接收天线放置在测量位置，利用EMI接收机和计算机进行电场强度的自动扫描测试。

3.2.2 测量说明

测试频段：2MHz～30MHz；

测试位置：接收天线位于飞机正前方顺时针约45度处；

测试距离：距高频天线至少300m；

测试状态：高频通信發射状态。

3.2.3 主要测试设备

主要参试设备如表1所示。

3.3 高频试验试飞