机载RFID电子标签适航要求分析

赵长啸 邢培培 张帆 阎芳

摘要：射频识别技术的无可视需求、动态读写能力及在苛刻环境下同时读入多个标签识别的能力使其越来越多地应用于机载设备和零部件管理。总结了RFID在民机上应用的领域和应用方式；分析了机载RFID设备的适航要求并给出了针对性的符合性方法，有助于RFID设备在我国民机产品上的应用及获得适航批准。

关键词：适航；RFID；机载设备；安全性

0 引言

无线射频识别（Radio FrequencyIdentification Devlces，RFID）技术又称电子标签，其利用射频信号通过空间耦合（交变磁场或电磁场）实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别的目的[l]。在航空领域中，RFID技术主要应用于航空部件识别、跟踪和运输等领域[2-3]，对于民航飞机，任何装机的机载设备都需获得适航许可，以保证飞机的安全性[4]。

由于RFID设备涉及硬件及機载软件，且其有可能被安装在发动机、飞控计算机等设备以实现对部件设备的追踪，因此必须对其安全性进行评估。霍尼韦尔公司[5]分析了RFID信号对着陆系统的影响，表明在328.6～335.4MHz频段，RFID对与仪表着陆系统的下滑坡度功能相关的信号有较强影响；NASA的兰利实验室研究发现RFID存在可能干扰飞机通信导航信号的潜在风险[6]。为解决机载RFID设备的适航符合性方法问题，美国联邦航空局（FAA）于2008年9月22日颁布咨询通告AC 20-162“无线射频识别系统适航批准及运行许可”[7]，并于2016年4月6日进行了版本更新，发布了AC 20-162A“无源超高频（UHF）无线射频识别（RFID）标签的适航安装批准”[8]，将机载RFID设备限定为无源RFID。

本文针对RFID设备的适航要求开展研究，给出符合性方法，为RFID技术在我国国产飞机部件中的应用和获得适航批准提供技术支持。

1 RFID在航空领域的应用过程

由于RFID技术无任何可视需求，具有动态读/写能力，可在苛刻环境下同时读人多个标签并进行识别，因此逐渐替代条码技术，20世纪90年代各航空公司和机载设备制造商开始启动对机载RFID设备的试验和研究，波音公司、空客公司联合其他航空公司开展了各种针对RFID的应用和试验研究，见表l。

2005年，波音和联邦快递公司获得了FAA对在飞行器上使用无源RFID标签的许可。波音公司后续在FedEx MD-80飞机上对无源RFID标签进行了测试，最终证明这种标签不会干扰飞机上的任何系统。目前波音公司已在包括波音787在内的多个型号中使用了无源RFID技术。在有源RFID技术方面，2006年上半年，波音公司联合FedEx在FedEx MD-10货机上对有源RFID标签进行了在役评估。被测源标签通过电池提供能量，含有一块工作频段为915MHz的微型芯片和发射器，有源标签具有300英尺范围内的读取能力。在测试过程中，有源标签被安装在飞机的所有区段，包括驾驶舱、电子设备舱、货舱及轮舱，测试还对潜在的电磁干扰和有害环境影响进行了鉴定。机载有源RFID设备可主动发射无线信号，涉及的安全性风险因素远多于无源RFID设备，目前有源RFID设备还未在民用飞机机载设备领域取得应用。

2 机载RFID的适航要求

机载设备对电磁兼容及安全性要求较高，目前在航空电子设备或飞行器通信设备领域应用的主要是无源RFID超高频标签。FAA在RFID设备的适航指导性文件FAA AC 20-162中给出了目前可应用于机载设备的几种RFID设备。

1）无源RFID装置。无源RFID装置中没有集成电源，在询问时通过“反向散射”能量提供信息。无源RFID装置通常由集成电路（包含信息）和集成天线组成，尺寸由多个因素决定，包括期望的能量发送距离等。无源RFID天线反射的能量与阅读器或询问器的人射功率成正比，对使用范围造成影响。

2）低功耗有源RFID装置。有源RFID装置依赖于自备电源。有源RFID装置比无源RFID装置拥有更大的使用范围，通常能够提供更多信息。有源RFID装置由低功耗无线射频发射器、集成电路控制器、存储器、天线和电源组成。有源RFID装置以一种或多种模式运行，按询问器应答的时间和周期来区分。

3）电池辅助无源（BAP）RFID装置。BAP RFID或半无源装置与有源装置类似，有自备电源，但电池仅向微芯片供电，装置只在被询问时发射信息。

对装在航空器上的RFID设备，应关注如下适航问题：

·RFID装置的安全性相关数据和识别数据的完好性、准确性和真实性；

·火电安全、适坠性以及环境影响；

·由RFID装置产生、并会对飞机电子电气系统和部件造成干扰的预期射频发射或杂散发射；

.RFID装置和阅读器所需的维护。

针对以上适航关注点，分析其对应的适航规章及适航指导性文件要求，如表2所示。

3 机载RFlD设备符合性方法

2016年4月6日FAA针对无源RFID设备颁布了咨询通告AC 20-162A，对与机载RFID设备相关的10个方面给出了适航符合性方法。表3给出了各符合性方法在AC中的对应章节。

3.1 安全性评估

1）依据CCAR23、25、27或29.1309对已安装的RFID系统进行评估。确定RFID系统安装与使用的危害类别，确定机载系统的最大可接受失效概率，表明系统符合安全性目标。对RFID系统/装置的设计和安装安全性分析应当证明：在正常工作、失效或异常情况下，都不会产生比“轻微影响”（依据AC 23.1309-1“23部飞机中设备、系统及安装”，AC25.1309-1“系统设计和分析”，AC 27-1“正常类旋翼机的审定”，AC 29.2“运输类旋翼机审定”）更严重的危害类别。

2）局方依据AC 25.1309-1确定AC中所定义无源RFID装置在正常运行、失效、异常情况下，不会产生比“轻微影响”更严重的危害类别。

3.2 重大改装

1）如果RFID的安装对航空器的重量、平衡、结构强度、性能、飞行特性或其他影响适航性的品质造成明显的影响，则视为重大改装。

2）在已批准的产品和器材上安装无源RFID装置，包括设备、部件和零件、客舱设施（包括厨房/服务车、ULD等货舱设施），视为小改。

需注意的是，执行小改不会废止对产品和器材的已有批准。局方不要求对零件号进行重新设置。

3.3 构型控制

为确保各部件RFID装置和系统之间的互通性和兼容性，可能有必要在产品或设备的ICA文件或局方认可文件中加入RFID装置的组成、模型、零件号和序列号（如适用）等内容。另外，如果构型控制中对装置安装、位置、方向和使用提出相关内容和要求，则应确保在ICA或局方认可的文件中加入这些内容。

3.4 RFID装置的EMC要求

1）包含电子电路的无源RFID装置仅在阅读器询问时运行。因此，不需要对它们进行RTCA/D0-160“机载设备环境条件和测试程序”中的實验室射频发射试验。对于安装在航空器、航空器发动机或螺旋桨上的RFID装置及设备、部件、零件，或长期安装在厨房服务车上的无源RFID装置均不需要进行航空器EMC试验。

2）包含电池供电电子电路的有源RFID装置即使不发射时也在工作运行。因此，使用实验室射频发射试验和航空器EMC试验来证明有源RFID装置的运行不会对其他航空器电子、电气和无线电系统产生危害影响。

3）使用RTCA/D0-160第21节的程序进行实验室射频发射试验。根据21节对M、H或P类进行试验并确定射频发射限制。RFID装置发射和不发射时均要测量射频的发射功率。有源RFID装置在发射询问应答时，要注意确保射频询问信号不会干扰射频发射的测量。为防止测量误差，需采用射频陷波滤波器在射频发射测量仪器输入端来调谐射频询问信号。

4）对于安装在航空器、航空器发动机、螺旋桨或其上的设备、部件或零件，以及长期安装在厨房服务车上的有源RFID装置，都需要进行航空器EMC地面测试。在RFID装置发射和不发射阶段，都需要进行航空器EMC地面测试。在地面测试过程中，可使用实验室射频发射试验结果来选择被监控的系统或频率。航空器EMS地面测试以影响分析矩阵为基础，并评估潜在航空器受影响系统的功能性能。

3.5 软件和复杂电子硬件

按照RTCA/D0-178C“机载系统和设备审定中软件考虑”，为使用软件的RFID装置确定适当的软件级别。如果使用复杂电子硬件，则要根据AC20-152“RTCA/D0-254，机载电子硬件设计保证指南”确定适当的硬件级别。RFID系统的软件和硬件鉴定要求由系统失效状态类别决定。

3.6 环境鉴定（不包括EMC）

根据SAE AS5678第5.3.6节执行有源RFID装置的其他环境鉴定。

3.7 电池安全性

对有源RFID装置中电池安全性的考虑包括因锂或镍氢电池失效引起爆炸的可能性。必须防止电池在失效时爆炸，并且要符合RTCA/D0-160第9节的防爆要求。如果使用锂电池，要符合CTSO-C142a“不可充电的锂电池”和CTSO-C179“可充电的锂电池”要求并获取批准。如果使用更大的锂电池，需要满足RTCA/D0-311“可充电锂电池系统最低运行性能标准”的要求。

3.8 易燃性和防火安全

有源RFID装置使用的电池和RFID装置本身必须满足CCAR 25.853条款和附录F第1部分的可燃性要求。

3.9 安装和连接的完好性

RFID的安装必须是永久的。RFID装置的安装人应该通过设计数据审查、分析和/或测试来满足CCAR23、25、27、29部的301、303、305、307、471、561、601、609条款和23、25部333条款之要求。在提交符合性审查请求之前，记录使用的方法和局方认可的方法（CCAR 25.789条款和23、25、27、29部787条款）可以通过审查分析设计数据来验证要求的符合性。

3.10 持续适航文件（Instructions forContinued Airworthiness，ICA）

如果RFID装置有使用寿命限制，需要在ICA中声明。声明内容为是否需要且何时需要对RFID装置中的电池进行更换、充电或其他周期性维护；声明如果RFID装置出现异常，是否必须从航空器上拆除并更换一个相同型号和构型的RFID装置。

4 结论

本文分析了RFID在民用飞机上的应用，梳理了RFID应用与民用机载设备的文件体系和适航要求，给出了满足这些要求的符合性方法。

参考文献

[1] Juels A.RFID security and privacy：a research survey[J]. IEEE Journal onSelected Areas in Communications， 2006，24（2）：3 81-394.

[2] Cerino A， Walsh W P.Researchand application of radio frequencyidentification （RFID） technology to enhanceaviation security[C]// National Aerospaceand Electronics Conference， 2000. Naecon2000. Proceedings of the IEEE. IEEE，2000：127-135.

[3]鲍勃·特里比尔科克.RFID技术在航空业的应用现状[J].航空维修与工程，2008（5）：20-22.

[4]中国民用航空总局航空器适航司.中国民用航空器适航管理[M].中国民航出版社，北京，1994.

[5] Laberge E F C，Zeng D. Ananalysis of the effects of RFID tags onnarrowband instrument landing systems[C]//DigitaIAvionics Systems Conference， 2007.Dasc '07. Ieee/aiaa. IEEE Xplore， 2007：2.D.5-1-2.D.5-9.

[6] Nguyen T X， Ely J J，Koppen SV： et al.RFID transponders' RF emissionsin aircraft commumcation and navigationradio bands[C]// International Symposiumon Electromagnetic Compatibility - EmcEurope.IEEE Xplore， 2008：1-6.

[7]FAA AC20-162， AirworthinessApproval and Operational Allowance ofRFID Systems[Z]， 2008.9.22

[8]FAA AC20-162A， AirworthinessApproval oflnstalled Passive Ultra HighFrequency （UHF） Radio FrequencyIdentification （RFID） Tags[Z]， 2016.4.6

[9]李元忠，林睿南，朱宏，等.短程通信和射频识别技术的应用[J].电讯技术，2016， 56（8）：944-948.