民航空管高频话音通信系统建设研究

王小武

摘 要：在民用航空领域，及时可靠的通信是飞行安全和航班正常运营的最基本保障之一。“十一五”及“十二五”期间，民航建设了大量的甚高频地面话音通信台，以促使我国东部地区及西部大部分地区甚高频信号覆盖日趋完善。但在山区、荒漠、洋区等特殊地域，地理条件的限制给甚高频地面话音通信台建设制造了很大的困难，管制部门以及其他部门需要的连续甚高频地空话音通信无法完全实现，地空通信还需要依靠高频话音通信台站辅助完成。文章对当前国内高频话音通信使用需求进行了分析，并结合实际，提出一套高频话音通信系统建设方案。

关键词：空管；高频；通信系统；建设方案

1 国内使用需求

1.1 空管保障

通过对各地区高频设备使用情况进行调研，空管系统高频话音通信现阶段业务需求主要包含以下方面。

（1）西部高原、荒漠和海洋区域地空通信的需要。我国西部高原、荒漠地区，地广人稀，自然环境恶劣，极大程度限制了甚高频（Very High Frequency，VHF）地空通信台站的建设。在多方的共同努力下，大部區域也仅满足甚高频单重覆盖，个别航路航线仍存在覆盖盲区，海洋区域也存在类似困难。因此，部分地区仍需依靠高频（High Frequency，HF）话音通信技术实现有效的地空通信覆盖，以满足管制指挥主用、备用或应急需求，提升地空通信保障的可靠性。

（2）高频气象通播需求。广州地区、长江以北区域仍然存在气象通播服务。

（3）专机保障。部分地区配置专机保障通信信道，作为专机守听通信，提升专机保障通信可靠性。

（4）除甚高频通信外的应急通信需要。在“5·12”汶川地震、“4·14”玉树地震等特殊时期，和民航甚高频频段内频率大范围受到外界干扰等特殊情况下，高频通信具有对甚高频话音通信外的应急需求价值，以提高空中交通管制的服务质量和安全可靠性。

1.2 航空公司航务管理通信

航空公司地空通信在国内外飞行中均有极大的需求。目前，航空公司使用卫星电话、甚高频通信及高频通信，但由于卫星电话费用相对较高、航空公司自身不具备大规模建设甚高频通信台站的能力等因素，高频地空通信依然存在一定的应用价值。

1.3 通航保障

随着我国通用航空事业的可预期快速发展，中低空领域的空管指挥通信将会变得越来越重要。但由于甚高频通信对中低空领域的覆盖有其先天局限性，尤其是在森林、山地等地形复杂的地区，甚高频通信往往无法覆盖有效的空管指挥空域。在此情形下，高频通信是对甚高频通信的有效补充。

2 民航高频话音通信系统建设方案

民航空管高频话音通信系统建设应以上述使用需求及未来发展需求为主导，在充分利用现有资源基础上，规划能够覆盖整个中国的高频话音通信网，保证全国7个地区空管局及下属分局（站）能够按照优先级别通过网络适时地进行通信，保证在任何突发事件情况下，都能够提供及时、有效地空中交通管理通信服务，以保障特殊条件下的空管安全[1]。具体建设方案如下。

2.1 高频通信台站的选择

2.1.1 组网原则

高频通信台站的选择主要取决于覆盖距离、天线的选择、电台功率和频率选择。由于机载电台功率小，天线效率低，需要对地面固定台站进行优化设计，提高电台发射功率以及收发天线的性能，达到有效通信的目的。在保证高效实用的原则下，可在7个地区空管局中选择有代表性和枢纽性的几个台站作为高频话音通信台站的台址。

2.1.2 高频台站的组网方案

以北京站为通信中心站，兰州、成都、乌鲁木齐，海口为区域中心通信站，各台站分别通过网络链接到北京中心站，实现互联互通。各高频通信台站作为区域中心通过网络链接服务于各空管局及分局，实现信息传递的有效性。

鉴于西部广大区域特别是川藏、青藏高原地形复杂、环境恶劣、地震多发、城市分布少，建议在乌鲁木齐建设覆盖区域更加广泛的高性能通信台站，覆盖整个西部地区各机场（覆盖半径为2 000 km）。同时，在成都建设两付高增益的定向天线，一付天线指向西藏地区，作为川藏地区的应急补盲通信，与乌鲁木齐台站互为备份。另一付指向华东和台湾地区，在北京台站现有天线的基础上，增加1付高增益定向天线指向东北。兰州通信台主要覆盖陕甘宁地区及内蒙古西部地区，同时增加一付高增益定向天线指向乌鲁木齐方向，保证该区域航线的高频通信。

该方案能够很好地利用现有建设条件，例如北京、成都、海口已建和在建的通信台站可以充分发挥作用，所建天线均为小型天线，满足场地建设条件。未来空域通信繁忙，增加高频通信台站，在紧急情况下，能够快速反应，属地化处理，应急机制更能够得到体现。不足之处是各台站覆盖范围有限，需要在某些台站建设高增益定向天线进行补偿。

2.2 天线选型

在工作频率、机载电台和地面电台功率固定的情况下，天线的选择尤为重要，在不同的区域布置不同的天线，保证全国范围的有效覆盖。在高频天线的选型中，采用何种天线形式主要取决于所需天线的覆盖区域、频率范围、场地要求、经费等。频率范围、场地要求、经费可由直观判断得到，而天线能否覆盖所需片区则取决于天线仰角、增益是否达到该通信链路的要求[2]。

为了设计能够满足用户通信距离的天线，首先，需要根据使用距离要求计算所需的天线辐射仰角。天线辐射仰角和电离层高度有关。电离层平面分层主要有D层、E层、F层，夏季F层分为两层F1层和F2层。D层主要对高频波段信号起吸收作用。E层高度约在90～140 km，夜间消失。F层是电离层经常存在，且电子浓度最大的层，高度在140 km以上，该层是反射高频段电波的重要区域。根据中国电离层参考模型，对E层反射模式，控制点反射高度可以近似为110 km，对F2层反射模式而言，该控制点高度可以用下式计算。

hr=1 490/M（3 000）F2-176（km）或500（km）中取较小的值（M（3 000）F2因子与电离层状态相关）。

单跳模式一般仅存在于较近距离通信链路中，在距离较长时一般存在多种传播模式。

在中近距离传播时一般为单跳模式，对应的其仰角要求也较高。而在中远、远距离通信链路中则要求较低的仰角。

在高频通信链路上，中短距离的通信对天线增益要求不是特别苛刻，可采用全向天线，天线增益较低，但是水平面全向，基本满足全范围近距离通信要求。

在近距离（800 km范圍内）通信上，一般由于辐射或接收来波仰角较高，需要天线具有较高仰角，且由于距离近损耗小对天线增益并无太高要求。因此可以选用一些形式简单、占地小、方便架设的天线。比较适合的天线有三线天线、笼形天线、高仰角框形天线、鞭状天线、多模多馈天线等。

在中远距离（800～2 000 km范围内）的高频通信信路上，由于传播损耗较大通常采用高增益天线，比较合适的天线有扇锥天线、对数周期天线（固定和转动）、鱼骨天线、飞鱼对数周期天线等。

2.3 场地选择

当在一块场地里要同时架设几副、甚至几十副天线时存在天线场地的选择和布局的总体设计问题。天线场地的选择布局主要应考虑以下因素。

2.3.1 适合架天线的场地

选择一块适合架天线的场地，要求场地比较平坦，至少天线前方有比较平坦的地面，以利于天线方向图的形成，地面不平坦必将造成天线方向图的畸变。

有时候只有丘陵、山地的场地条件，则应充分考虑场地条件对天线性能带来的影响，尤其是对天线方向图的影响。

2.3.2 地面导电性能较好

选择地面导电性能较好的地面，可以增加天线增益，天线场地尽量选在潮湿的土地上，如果临近海面、湖面，效果更好。

2.3.3 对场地四周障碍物阻挡仰角的要求

从天线在地面上的投影中心到障碍物顶点的仰角，一般不应超过天线工作频率的垂直面方向图主瓣最大辐射仰角的1/4，特殊情况下也不能大于1/2。

2.3.4 高频无线电收信台（站）对电磁辐射干扰设施的保护要求

高频无线电收信台（站）对高压架空送电线的保护间距如表1所示，对公路的保护距离如表2所示。

2.3.5 与机场的距离要求

天线杆的高度与机场跑道距离应符合飞机场的净空要求。

3 结语

根据前文的分析和研究，民航空管高频应急话音通信系统建设应以空中交通管理系统的发展需求为主导，以确保民航飞行安全为中心，以提高民航通信系统整体效能为重点，以增强通信系统应急保障能力为目标。各地区应结合实际，根据上述原则，按需配置高频应急话音通信系统，保证在任何突发事件情况下，能够提供及时、有效地空中交通管理通信服务，以保障特殊条件下的空管安全。

[参考文献]

[1]郭静.民用航空通信技术的应用与发展[J].中国民用航空，2013（11）：21-23.

[2]中国民航.民航空管系统HF地空通信发展规划[Z].GB2456，2014.