民航KU 波段卫星地面站设备故障分析与维护

焦洋

（中国民用航空华北地区空中交通管理局天津分局，天津 300300）

民航KU 波段卫星地面站是一种利用KU 波段卫星通信技术，为民航提供高速、高质量、高可靠性的数据、语音和视频传输服务的系统。该系统主要由空间段、地面段和业务段三部分组成，其中地面段包括中心站、远程站和监控站，以及各类设备，如天线、变频器、功放、VSATPlusII/VSATPlusIIe 等。这些设备是卫星通信的重要组成部分，需确保设备正常运行，避免影响民航业务通信质量。

1 民航KU 波段卫星地面站系统概述

民航KU 波段卫星地面站系统是指利用KU 波段卫星通信技术，为民航提供高速、高质量、高可靠性的数据、语音和视频传输服务的系统。该系统主要由以下几部分组成：（1）空间段。使用亚洲4 号卫星作为通信载体，该卫星是一颗大功率三轴稳定式通信卫星，工作在C 波段、KU 波段，覆盖范围包括中国、东南亚、澳大利亚和太平洋地区。（2）地面段。包括中心站、远程站和监控站。中心站负责与卫星进行双向通信，以及与远程站和监控站进行数据交换和管理。远程站负责与中心站进行双向通信，提供本地业务接入及处理服务。监控站负责对整个系统的运行状态进行实时监控。（3）业务段。包括各类民航业务系统，如飞行计划、空中交通管制、气象信息、飞行安全、机场管理等，以及其他需要使用卫星通信的用户系统。

民航KU 波段卫星地面站系统的工作原理是：用户端设备将业务信号通过室内单元机箱（VSATPlusII、VSATPlusIIe）进行信号处理（中频和数字信号）后传输至室外单元（变频器和功放），室外单元进行信号变频（射频信号）和放大后，通过卫星天线上行发射传输上星。卫星接收到上行信号后，进行频率转换和放大，然后通过下行波束覆盖到地面。地面站接收到下行信号后，经过室外单元、室内单元的逆向处理，还原出原始的业务信号，发送至用户端设备。民航KU 波段卫星地面站系统的主要设备包括：（1）卫星天线。用于收发卫星信号，一般采用抛物面反射器天线，直径1.2 ～3.7m，根据不同的安装方式分为固定式、自动跟踪式和移动式。（2）变频器。用于将中频信号转换为射频信号或将射频信号转换为中频信号。（3）功放。用于对射频信号进行放大，一般采用固态功放或行波管功放。（4）VSATPlusII/VSATPlusIIe。集成调制/解调器、编码/解码器、路由器等功能的室内单元机箱，支持多种调制方式和编码方式，能够实现高效率的数据传输。（5）监控终端。用于对卫星地面站的运行参数进行设置、查询和控制，以及对故障进行诊断、处理。

2 民航KU 波段卫星地面站设备故障分析与排除

2.1 天线故障

天线故障主要表现为天线指向不准确、天线驱动失效、天线反馈异常等，可能导致通信中断或质量下降。

天线故障的原因可能有以下几种：（1）天线安装不规范，导致天线结构变形或松动，影响天线指向精度。（2）天线驱动电机或传感器损坏，导致天线无法正常转动或定位，影响天线指向精度。（3）天线控制器或监控终端设置错误，导致天线参数不匹配或指令错误，影响天线指向精度。（4）天气因素，如风力、雨雪、雷电等，导致天线受到外力或电磁干扰，影响天线指向精度。

天线故障的排除方法有以下几种：（1）检查天线结构是否完好，是否有变形或松动的现象，如果有，应及时修复或更换。（2）检查天线驱动电机和传感器是否正常工作，是否有损坏或老化的现象，如果有，应及时修复或更换。（3）检查天线控制器和监控终端的设置是否正确，是否与卫星参数一致，如果不一致，应及时调整或重新设置。（4）检查天气情况是否适合进行卫星通信，如不适合，应等待天气改善后再进行通信。

例如，某远程站负责提供民航飞行计划和空中交通管制业务。该站使用的是自动跟踪式2.4mKU 波段卫星天线。在2023 年7 月15 日下午进行卫星通信时，该站发现通信质量突然下降，载噪比从正常值20dB 降到了15dB 以下，误码率从正常值10-6升到了10-4以上。该站立即通过监控终端检查天线指向参数，发现天线指向偏离了卫星方位角。该站所在地区刚刚经历了一场大风暴，风速达到8 级以上，可能导致天线受到风力作用而偏移。为恢复通信质量，该站通过监控终端重新发送校准指令，使天线重新对准卫星。经过几分钟的调整，天线指向参数恢复到正常范围内。通过监控终端检查通信质量参数，发现载噪比恢复到了20dB 以上，误码率恢复到了10-6以下。通过与中心站和其他远程站进行语音和数据测试，确认通信质量恢复正常。为防止类似的故障再次发生，该站加强了天线结构的稳固性，定期检查天线指向精度。

2.2 变频器故障

变频器故障主要表现为变频器输出功率不足、变频器输出频率不稳定、变频器本振失锁等，可能导致通信中断或质量下降。变频器故障的原因可能有以下几种：变频器供电不稳定，导致变频器工作不正常；变频器内部元件损坏或老化，导致变频器性能下降；变频器与天线或功放的连接不良，导致变频器输出信号衰减或干扰；变频器的设置错误，导致变频器输出信号与卫星信号不匹配。变频器故障的排除方法有以下几种：（1）检查变频器的供电是否稳定，是否有波动或断电的现象，如果有，应及时恢复或更换。（2）检查变频器的内部元件是否正常工作，是否有损坏或老化的现象，如果有，应及时修复或更换。（3）检查变频器与天线或功放的连接是否牢固，是否有松动或腐蚀的现象，如果有，应及时清理或更换。（4）检查变频器的设置是否正确，是否与卫星参数一致，如果不一致，应及时调整或重新设置。

例如，某中心站主要负责提供民航飞行安全和机场管理业务。该站使用的是RFB-500Ku 型KU 波段卫星收发器，其中包含变频器模块。在2022 年6 月14 日上午进行卫星通信时，该站发现通信质量突然下降。该站立即通过监控终端检查变频器输出功率和输出频率，发现变频器输出功率低于正常值50W，只有40W 左右，而输出频率也有微小波动。该站所用变频器已使用五年以上，可能导致变频器内部元件老化或损坏。为恢复通信质量，该站调整变频器输出功率、输出频率，使之达到最佳值。经过多次尝试最终将变频器输出功率提高到45W，而输出频率稳定在14.25GHz。通过与卫星和其他地面站进行语音测试，确认通信质量恢复正常。

2.3 功放故障

功放故障主要表现为功放输出功率不足、功放输出信号失真、功放过热或过载等，可能导致通信中断或质量下降。功放故障的原因可能有以下几种：功放供电不稳定，导致功放工作不正常；功放内部元件损坏或老化，导致功放性能下降；功放与变频器或天线的连接不良，导致功放输出信号衰减或干扰；功放设置错误，导致功放输出信号与卫星信号不匹配。功放故障排除方法有以下几种：（1）检查功放的供电是否稳定，是否有波动或断电的现象，如果有，应及时恢复或更换。（2）检查功放的内部元件是否正常工作，是否有损坏或老化的现象，如果有，应及时修复或更换。（3）检查功放与变频器或天线的连接是否牢固，是否有松动或腐蚀的现象，如果有，应及时清理或更换。（4）检查功放的设置是否正确，是否与卫星参数一致，如果不一致，应及时调整或重新设置。

例如，某监控站主要负责对民航KU 波段卫星地面站系统的运行状态进行实时监控，使用TWTA-400Ku 型KU 波段卫星行波管功放。2021 年5 月23 日下午进行卫星通信时，该站通信质量突然下降。该站立即通过监控终端检查功放输出功率和输出信号质量，发现功放输出功率低于正常值400W，只有300W 左右，而输出信号质量也有明显失真。为恢复通信质量，该站调整功放输出功率、输出信号质量，使之达到最佳值。经过多次尝试，最终将功放输出功率提高到350W，而输出信号质量也得到改善。

2.4 VSATPlusII/VSATPlusIIe 故障

VSATPlusII/VSATPlusIIe 故障主要表现为无法开机、无法与卫星或地面站通信、无法处理业务信号等，可能导致通信中断或质量下降。故障的原因可能有以下几种：（1）供电不稳定。（2）内部元件损坏或老化，导致设备性能下降。（3）与天线或室外单元的连接不良，导致收发信号衰减或干扰。（4）设置错误，导致输出信号与卫星信号不匹配。

VSATPlusII/VSATPlusIIe 故障排除方法主要包括：（1）确认供电是否稳定，是否有波动或断电的现象，如果有，应及时恢复或更换。（2）检查VSATPlusII/VSATPlusIIe 的内部元件是否正常工作，是否有损坏或老化的现象，如果有，应及时修复或更换。（3）检查VSATPlusII/VSATPlusIIe 与天线或室外单元的连接是否牢固，是否有松动或腐蚀的现象，如果有，应及时清理或更换。（4）检查VSATPlusII/VSATPlusIIe 的设置是否正确，是否与卫星参数一致，如果不一致，应及时调整或重新设置。

例如，某远程站提供民航气象信息、飞行安全业务。该站使用VSATPlusII 型KU 波段卫星室内单元机箱。在2020 年3 月12 日早上进行卫星通信时，发现通信质量突然下降。通过监控终端检查发现VSATPlusII 无法与卫星进行双向通信。为恢复通信质量，该站重新启动VSATPlusII，检查其与天线和室外单元的连接。经过重新启动、重新连接后，发现问题仍然存在。该站怀疑是VSATPlusII 的设置出现问题，于是通过监控终端重新设置其调制方式、编码方式、频率等参数。经过重新设置后，发现问题得到解决。

2.5 监控终端故障

监控终端故障主要表现为监控终端无法开机、无法与卫星或地面站通信、无法设置或查询参数等，可能导致通信中断或质量下降。监控终端故障的原因可能有以下几种：监控终端供电不稳定，导致监控终端工作不正常；监控终端内部元件损坏或老化，导致监控终端性能下降；监控终端与天线或室内单元的连接不良，导致监控终端收发信号衰减或干扰；监控终端的设置错误，导致监控终端输出信号与卫星信号不匹配。监控终端故障的排除方法有以下几种：（1）监控终端的供电是否稳定，是否有波动或断电的现象，如有，应及时恢复或更换。（2）确认监控终端的内部元件是否正常工作，是否有损坏或老化的现象，如果有，应及时修复或更换。（3）监控终端与天线或室内单元的连接是否牢固，是否有松动或腐蚀的现象，如果有，应及时清理或更换。（4）检查监控终端的设置是否正确，是否与卫星参数一致，如果不一致，应及时调整或重新设置。

3 民航KU 波段卫星地面站设备维护措施

为保证民航KU 波段卫星地面站系统的正常运行，需要对系统的各项设备进行有效维护。民航KU 波段卫星地面站设备维护措施主要包括：（1）日常设备保养：每天或每周对设备进行一次简单的清洁和检查，去除设备上的灰尘、污垢、水渍等，防止设备受到腐蚀或损坏。同时，检查设备的外观是否完好，是否有裂缝、破损、变形等现象，如果有，应及时修复或更换。（2）日常检查：每月或每季度对设备进行一次详细的检查和测试，检查设备的供电、连接、内部元件、设置参数、输出指标等是否正常，是否有异常或故障的现象，如果有，应及时修复或更换。同时，测试设备的通信质量和业务性能，检查是否有信号衰减、干扰、中断等问题，如果有，应及时调整或优化。（3）定期校准：每年或每两年对设备进行一次专业的校准和调试，校准设备的频率、极化、符号率等参数，使之与卫星信号保持最佳匹配。同时，调试设备的输出功率、输出频率、输出信号质量等指标，使之达到最佳值。

4 结语

综上所述，卫星通信利用人造卫星作为中继站，具有覆盖范围广、传输速度快、抗干扰能力强等优点，广泛应用于导航、广播、遥感、军事等领域。为保证民航KU 波段卫星地面站系统的正常运行，需掌握民航KU 波段卫星地面站系统的组成、工作原理以及系统中各项设备的故障类型、原因、排除方法，同时做好系统设备维护，延长设备使用寿命，提高设备运行效率，保证设备安全可靠。