基于大区域运行模式的甚高频通信可靠性分析

摘要：甚高频通信模式是远程、大规模通信的核心，它对高可靠度的要求很高。通过建立主、备用、应急等多个立体声传输模式，增强了 VHF通信的可靠性。本论文的重点是对 VHF通信的完整性进行研究，并对其可靠性进行数学建模，同时对其进行改进，以期为相关工作提供参考。

关键词：大区域运行模式；高频通信；可靠性

李晶（1992.06-），女，漢族，青海海东，本科，工程师，研究方向：民航通信工程。

随着我国经济和社会的发展，航空工业的安全发展受到了越来越多的重视。中国在广州，北京，上海，成都，西安等地设立了多个区域监控中心，以增强大范围的运营能力，同时也为航空公司VHF通信的可靠性研究创造良好条件。

一、甚高频通信系统简介

（一）民航数据通信系统概述

随着中国航空业的迅速发展以及科学技术的飞速发展，中国民航数据通信服务规模也在迅速增长。但就现有的话音通信技术而言，由于通信通道拥挤，通信过程容易受人为干扰，严重影响了飞机的飞行安全与规划。因此，在这样的大环境下，地面与空中数据通信系统得到了广泛应用，因为它具有较高的传输速度和抗干扰能力。地空数据通信系统是一种低误比特率、高可靠性的通信系统。中国的数据通信技术为航空运输系统提供了ATM、X.25/HDLC/SDLC、IP和语音等多个功能，为民用航空和专用网络的互联互通提供了基础。这使得数据通信技术在民用航空领域得到了广泛应用，为中国民航各大机场的业务提供了较好的数据支撑和专用专线服务。它有助于协助航空公司完成交换机联网、语音拨号等业务，并可针对民航空管业务的具体需求，提供不同规模、不同业务的 VPN应用需求。

（二）民航甚高频通信系统内涵

VHF通信是民用航空通信中的关键环节。VHF通信系统在民用航空中扮演着重要角色，能够提供民用飞机起飞所需的信息，并实现飞机与飞机、飞机与控制中心的数据交流和通信，从而使民航的双向信息传递更加完善。因此，飞行员要熟练运用VHF通信技术，并能适应不同的工作需求。一般情况下，民用VHF的VHF频率是118.000MHz～137.975MHz，而在通信期间，VHF的间隔区间为25kHz。这种频率和间隔的限制会对VHF系统的使用产生一定的影响，需要采用合理的方法来解决这些问题。

二、民航甚高频通信系统无线电干扰的类型及成因分析

（一）互调干扰

互调干扰主要是由于电路的非线性引起的。根据其位置的不同，可将其分成发送端和接收端两类。后者主要是指两个以上的干扰信号结合在混合器的输入上所构成的。在第一种情况下，主要是由于发射机其它通道的传输信号与终端设备相连，所以在功率放大器电路中发送的信号经过调制而得到新的频率组合。这个干扰信号和一个有用的信号块一起被传输，这样就构成了一个发送器的互调干扰。而互调干扰，不但会对 VHF通信系统的通话品质有很大的影响，而且会使信号失真，使塔台与机载通信中断，严重影响地面通信。

（二）交调干扰

民航甚高频（VHF）通信系统无线电干扰是指在航空通讯中，通过VHF频段进行的无线电通讯受到意外的电磁波干扰，导致通信质量下降或无法正常进行通讯的现象。其中一种类型的干扰是交调干扰。交调干扰是指在飞机内部或周围环境中发生的电子设备间相互之间的干扰。其成因主要有以下几个方面：第一，飞机设备问题。飞机内设备的磨损或故障可能会产生电磁辐射，干扰相邻设备的正常工作。第二，电磁兼容性问题，飞机上安装的不同设备和系统之间需要有效的电磁兼容性来避免干扰。如果这些设备未能满足相关的电磁兼容性标准，就可能在使用过程中产生交调干扰。第三，飞机外部环境干扰。飞机处于复杂的电磁环境中，如雷暴、雷达信号或其他无线电源等。这些外界因素可能会影响飞机内部无线电设备的正常工作，从而导致交调干扰的发生。第四，人为因素。人为操作不当、设计缺陷或维护问题均可能引发交调干扰。

（三）副波道干扰

这种中频通道是由干扰与局部相结合而构成的，它既是子波道，也是寄生通道。在这些信号中，子信道的干扰是最多的，而在中频和图像方面的干扰则是最多的。当干扰信号与接收器的中频频率相近或相等时，就会产生中频干扰。当干扰频率与所接收的频谱相对应时，就会产生图像干扰。

（四）阻塞干扰

高功率的无线电波若接近接收机，会使接收端受到强烈讯号的干扰，若讯号受到干扰，则讯号的振幅会大幅下降，甚或不能接收，会严重影响接收机的正常工作。

三、民航甚高频通信系统的问题及相关的原因

无线电磁环境对 VHF通信的影响非常显著，主要表现为各种干扰，包括互调干扰、交调干扰、子信道干扰和阻塞干扰等。其中，互调干扰是由于电路的非线性而产生的。互调干扰主要分为发送器和接收器两种类型，根据发生干扰的位置不同而有所区分。在混合器的输入端，通常会有两种以上的干扰信号共同作用，从而导致互调干扰的产生。发射器型干扰的产生主要是由于发射端的发射信号。由于功率放大电路还传送信号，两个发射信号都有一个新的频率组合，因此，有效的信号会被传送到新的混合信号和新的混合信号中，从而产生了一个发射模式之间的相互干扰。如果接收机离大功率的无线电台过近，就会出现严重的信号干扰现象。当干扰非常强烈时，信号被截断，有效信号的输出会受到很大影响，导致接收器无法正常工作，从而对接收器造成重大影响。这是一种阻止正常接收的方法。子信道或杂散通道的产生是由于与本机振荡器的相位结合造成的。在常见的日常干扰中，子通道干扰是最普遍的一种。IF干扰是由干扰信号造成的，它与接收器的 IF频率一样。另外，当干扰的频率位于图像的位置时，就会产生图像干扰。

四、甚高频通信系统可靠性方面的影响因素

（一）VHF通信设备因素

为了保障 VHF通信系统的可靠运行，首先要保证通信设备自身的品质。在 VHF通信中，硬件设备是实现无线通信的物质基础。只有确保系统的整体性能和良好的性能，才能确保系统的实时、可靠。在民航行业，民航公司的客户是一般民众，而航空公司则是民航公司的客户。目前，我国民航企业的资本储备水平还存在着一定的差距。在VHF通信中，设备质量、日常维护与维护是影响通信质量的关键。另外，民用 VHF通信设备除了系统设备外，还包括一系列的地面通信设备。这些仪器的质量与完整性将对地面与空中通信的质量和效率产生重要影响。如果出现故障，可能会引起技术人员进行错误的技术判断，从而产生严重后果。这是影响飞机飞行和指挥安全的一个重要因素。

（二）互调干扰

民用 VHF通信线路具有很强的非线性特性，因此很容易产生互调干扰。由于互调干扰的存在，将会对 VHF通信系统的安全性产生不利影响，从而导致信号不稳定，甚至导致控制台失去对飞机的控制，给民航的正常运行带来很大的危害。互调干扰可分为发送端干扰和接收端干扰两类。尽管两种干扰有不同的起因，但都會产生较大的互调干扰，对飞机的正常运行产生一定影响。

（三）地空通信电台干扰

航空公司的高风险使得其安全问题日益突出。当前，民航通信安全、运营安全等问题越来越受到人们的重视。随着计算机、通信、智能等技术的不断发展， EMI问题日益凸显。我国正面临着日益严峻的无线和 EMI等问题。民用航空 VHF地面通信系统在使用时，若出现 EMI，将会对地面与空中的通信造成直接的影响。其最直接的后果就是飞行员不能清晰地接到控制人员的指示，控制人员也不能与驾驶员进行有效交流，从而导致飞机飞行安全问题。另外，若民用 VHF地面通信台在通信过程中遇到其它外界信号的干扰，如恶劣天气、突发事件等，无法及时应对，将会造成严重的航空安全事故。在此背景下，为改善民航 VHF通信系统的工作效率，必须解决干扰问题，并制定相应的优化措施。

（四）终端设备故障

在民用航空 VHF通信中，除设备本身的品质及干扰因素之外，终端故障对 VHF通信的可靠性有很大的影响。在系统的运行中，若操作终端发生故障，将会引起多个部件的失效，严重的可能造成整个系统的崩溃。当出现故障时，要进行定位和排除，依据技术说明书对故障原因进行分析，并据此制订相应的解决办法。除常见的故障外，终端设备也有可能出现异常触摸、线路异常、通信语音等问题，必须依据系统的类型来确定故障的具体部位，以确定故障的原因，如有异常的参数或零件，则需依据判断进行维修和替换。

五、提高甚高频通信可靠性的方法

（一）建立异地备份甚高频台

远程备份是指在不同的位置，根据通信数据的采集需求，建立多个 VHF备用站。更多的号码意味着更安全的交流。中国西北空管理局和西安空管中心对高海拔地区实施了“双覆盖”，以保证各地区的“扇区”覆盖。若在所要覆盖的地区中设有三个以上的频段，则可实现99%的装备保障。

（二）多个相互独立运营商提供通信传输链路

远程备份的目的是提高通信传输的可靠性，特别是在传输链路容易出现故障的情况下。以某中国航空公司为例，其采用的运行方式为“双链路”。在VHF主传送装置FA16的传输链路上，有两个传输链路与不同的运营商相连。通过使用不同运营商的传输链路，可以降低单一运营商传输链路故障对通信的影响。这种方式可以提高主要传输链路的可靠性。在VHF后备传送装置FA36传输链路中，主要使用KU和C频段进行传输。这样可以实现VHF空对地后备呼叫。采用不同频段的传输链路可以进一步提高通信系统的可靠性。

（三）将业务接入至不同的设备

通过对并联结构的分析，得出了并联结构对提高系统的可靠性有很大的影响。在不同的扇区和位置之间建立并联连接时，应根据实际需求进行选择，以确保各模块间的备份和冗余。此外，在为了保证并联的合理性，还必须考虑到所需的电缆和供电的形式。

（四）减少高频信号传输环节

为了增强超高发射信号的强度，必须在发射时增加串联链路，并对其进行可靠性分析。如果要减小信号传送链路，可以实现多跳的信号传送。这意味着信号会经过多个中继站传送，从而增加了传送的距离和路径，但也增加了信号的传输时间和可能的干扰。通过对西北 VHF远程控制台所采集到的数据进行分析，发现其信号的传递比较有条理，这说明该系统的传送路径较为简化和优化。为了改善传送系统的性能，可以采用一般的接收和传送方式，而不是采用特定的串行方式。国内的 VHF通信系统采用FA16和FA36，这是串行方式的协议。为了提高高频信号的传输可靠性，必须对其进行简化，减少多跳的概率，并增加共用的发射和接收方式。

（五）提高内话系统的可靠性

本区域主要采用传输、VHF及内部控制中心等方式。为了提高VHF通信系统的可靠性，必须对本地区的年度可靠度进行统计，找出整体可靠性，在VHF通信系统中加入对讲系统的并行方式，以提高系统的可靠性。

（六）加强异地备份工作

加强民航 VHF通信系统的远程后备工作，是保障 VHF通信系统可靠度的重要保障。根据不同地区的特殊条件，可以进行VHF通信平台备份工作，特别是在相同区域内。备份可以在不同位置进行，以确保VHF通信系统的可靠性。在备份过程中，需要根据本区域的特点对 VHF通信平台进行控制。一般而言，备份的平台数量在3个左右是适宜的。这样的备份工作可以为民用 VHF通信系统提供可靠的保障。在高空扇区的远程备份中，扇区的工作状况是保证通信质量的关键。通常情况下，两个VHF通信平台都是必需的。经试验和分析表明，在相同扇区下使用多个VHF通信平台是影响稳定性的重要因素。增加民用VHF通信平台的数量既可以降低信道干扰，也可以确保VHF通信系统的可靠性，进而确保飞机的安全运行。

（七）注重优化通信干线

为了保证民用 VHF通信系统的可靠度，必须着重对通信干线进行优化，以解决主干线布线时的不稳定问题。在前期的准备工作中，维修技术人员要对主干线的运行状况进行统计，并对故障信息进行汇总，同时对通信网的主干进行处理。在这个阶段，我们要坚持实事求是的基本方针。为了保证民用VHF通信系统的可靠性，必须结合不同的供货商，对不同的通信线路进行分析和理解。比如在通信干线优化时，可以充分利用双主干线的优点，将电信网和联通网相结合，二者均为2M线。这样的模型在实际中具有明显的优势。当主干线出现故障时，备用中继能及时传送信息。该方法以卫星为主要传输手段，采用双主干线，能有效避免外部因素的影响，并能有效保障VHF通信系统的正常工作，防止信息丢失。

（八）加强频率管理

对于民航VHF地空通信面临的多种干扰因素影响，我们需要进行全面的分析和优化。单一的方法和技术无法彻底解决这些问题，因此需要从基层治理着手，全面剖析，找出问题的根本原因，并结合已有的技术不断改进和完善频率管理。为降低同频干扰，我们需要保证射频保护率远远高于接收机输入，同时降低干扰信号的强度，使其不大于射频信号的50%。另外，在进行频率控制时，必须对 RF的保护比率进行科学的分析。比如，在山区等边远地区，可以采用窄带调频方式，并确保频率保护比率在10-2dB以上，而15dB的调幅方式会有一定的局限性。另外，在地面通信台的间距上，规定了5倍以上的超短波通信距离，以作为同一通道的复用距离。对于偏远地区、地形复杂和环境恶劣的地区，可以适当考虑将射程设定为4倍。在频率管理方面，需要加强对设备的使用和维修，并建立监测站点，以便掌握干扰的方位和方位，并在今后的工作中采取预防措施。

（九）加强设备维护工作

确保设备的维修和检修工作是民航通信系统中最关键的一环。近年来，中国民用航空事业取得了长足的进步，因此对设备的维护和操作人员的技巧评价也变得尤为重要。尤其是民用通信系統出现的故障，需要进行定期地维护和检修。有关员工及操作人员也要定期进行有关的操作和工作技巧的评价。另外，要按照民航相关任务、公司的要求和业务需求，制订科学的设备使用制度，保证对人负责，在航站楼出现故障时，能够履行职责，排除故障，保证终端的正常运行。

六、结束语

随着我国航空业的发展和通信技术的进步，VHF通信系统在民用航空领域得到广泛应用，但同时也面临一些问题。为此，在我国民航事业发展过程中，除了加强对通信设备的更新与维修外，还应积极引进技术人才，争取技术上的突破，从设备改造、抗干扰等几个方面，进一步提升民航 VHF通信系统的可靠性。

作者单位：李晶 中国民用航空新疆空中交通管理局

参  考  文  献

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