電磁兼容性試驗(yàn)在機(jī)載無(wú)線網(wǎng)絡(luò)改裝中的應(yīng)用

宋 青

（山東太古飛機(jī)工程有限公司,濟(jì)南 250107）

0 引言

隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，為了搶占更多的市場(chǎng)，吸引更多的客源，航空公司在大量引進(jìn)先進(jìn)飛機(jī)的同時(shí)也更加關(guān)注對(duì)現(xiàn)有飛機(jī)系統(tǒng)的改裝升級(jí)，以便于給乘客提供更舒適的乘坐體驗(yàn)。在飛機(jī)的一系列改裝項(xiàng)目中，對(duì)乘客影響最大的就是對(duì)客艙的一系列改裝，比如機(jī)載無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，視頻點(diǎn)播系統(tǒng)等。這些改裝除了要滿足相應(yīng)的系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)規(guī)范外，還必須要滿足局方對(duì)電磁干擾的要求。本文以機(jī)載無(wú)線系統(tǒng)為例，闡述了電磁兼容性測(cè)試必要性和可行性，以及需要考慮的其他問(wèn)題。

1 機(jī)載無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)改裝

機(jī)載無(wú)線網(wǎng)絡(luò)是目前國(guó)內(nèi)比較流行的一個(gè)客艙改裝項(xiàng)目，它實(shí)際是對(duì)客艙娛樂(lè)系統(tǒng)的一種升級(jí)，同時(shí)又為今后空地通信或衛(wèi)星通信改裝服務(wù)于乘客打下了基礎(chǔ)。此改裝與空地改裝或衛(wèi)星通信改裝相結(jié)合就可以實(shí)現(xiàn)機(jī)上上網(wǎng)的功能，即便不與其他系統(tǒng)結(jié)合，通過(guò)機(jī)載網(wǎng)絡(luò)也可以讓乘客使用自帶的移動(dòng)電子設(shè)備（如Ipad等）實(shí)現(xiàn)乘客對(duì)視頻、音頻、電子書籍以及網(wǎng)絡(luò)購(gòu)物等一系列客艙服務(wù)的需求，在提高乘機(jī)的舒適性的同時(shí)又免除了航空公司改造乘客座椅的大筆投入。

機(jī)載無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)包括了服務(wù)器、區(qū)域分配器、控制面板，控制觸摸屏、客艙內(nèi)部天線和移動(dòng)電子設(shè)備六個(gè)組成部分。服務(wù)器與控制觸摸屏、控制面板集中安裝在客艙內(nèi)部的行李艙內(nèi)。區(qū)域分配器和天線要根據(jù)艙位情況合理布局，以滿足整個(gè)客艙內(nèi)信號(hào)需求的要求。移動(dòng)電子設(shè)備可能是筆記本、平板電腦或手機(jī)，可由航空公司配備或由乘客自帶。

機(jī)載無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)除可以與衛(wèi)星通信或空地系統(tǒng)交聯(lián)之外，還從飛機(jī)其他系統(tǒng)中獲取ARINC429高度信號(hào)、登機(jī)門信號(hào)和飛機(jī)釋壓信號(hào)。高度信號(hào)和登機(jī)門信號(hào)的引入主要用于控制機(jī)載無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)功能的開(kāi)啟時(shí)間，保證在飛機(jī)起飛、爬升、下降和進(jìn)近等主要階段系統(tǒng)被抑制，以免影響飛機(jī)的適航安全。飛機(jī)釋壓信號(hào)的引入主要用于在緊急情況下可以終止客艙娛樂(lè)服務(wù)，保證機(jī)組廣播和應(yīng)急通知等重要信息可以第一時(shí)間被乘客接收。

安裝機(jī)載無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的飛機(jī)，乘客可以使用自帶的ipad等便攜式電子設(shè)備接收來(lái)自系統(tǒng)天線發(fā)送的無(wú)線信號(hào)，獲取視頻和音頻信息。乘客自帶的這些便攜式電子設(shè)備對(duì)于機(jī)載敏感設(shè)備來(lái)說(shuō)都是潛在的電磁騷擾元，這些設(shè)備是否會(huì)影響到現(xiàn)有飛機(jī)系統(tǒng)的正常工作，飛機(jī)其他系統(tǒng)的工作又是否會(huì)干擾到無(wú)線信號(hào)的正常傳輸，通過(guò)電磁兼容性測(cè)試可以對(duì)以上問(wèn)題進(jìn)行逐一驗(yàn)證。

根據(jù)CCAR-21-R3第21.95條的分類，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)改裝由于涉及到重量和載重平衡的更改，且與飛機(jī)其他系統(tǒng)有信號(hào)交聯(lián)，被歸類為設(shè)計(jì)大改。

另外，根據(jù)CAAC的型號(hào)審定要求，對(duì)國(guó)外設(shè)計(jì)大改必須要申請(qǐng)補(bǔ)充型號(hào)合格證，所有的改裝項(xiàng)目在上報(bào)局方進(jìn)行審查時(shí)都需要有審定基礎(chǔ)作為審查依據(jù)。審定基礎(chǔ)是否全面準(zhǔn)確充分體現(xiàn)了申請(qǐng)人對(duì)規(guī)章的熟悉程度。對(duì)于機(jī)載無(wú)線網(wǎng)絡(luò)這類改裝，局方認(rèn)為規(guī)章的內(nèi)容對(duì)改裝項(xiàng)目覆蓋不全面，會(huì)額外增加一些特殊的要求作為新增的審定基礎(chǔ)。審定基礎(chǔ)必須能夠覆蓋以上所有的內(nèi)容，并通過(guò)不同的驗(yàn)證方法一一驗(yàn)證系統(tǒng)的功能以及對(duì)飛機(jī)或其他系統(tǒng)的影響能滿足所有的要求。

在機(jī)載無(wú)線電改裝項(xiàng)目的審定基礎(chǔ)中，對(duì)于電磁兼容性實(shí)驗(yàn)的要求是比較特殊的。根據(jù)CCAR91.23的要求，在運(yùn)行中的航空器上不得使用便攜式電子設(shè)備，但又對(duì)部分種類電子設(shè)備的使用進(jìn)行了豁免，其中就包括了該航空器運(yùn)營(yíng)人確定的認(rèn)為不會(huì)干擾航空器航行獲通信系統(tǒng)的其他便攜式電子設(shè)備。由于機(jī)載無(wú)線網(wǎng)絡(luò)改裝中系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)依賴于天線發(fā)出的無(wú)線信號(hào)由乘客個(gè)人攜帶的的便攜式電子設(shè)備（PED）進(jìn)行接收， 天線以及PED都可能會(huì)給飛機(jī)其他系統(tǒng)或線路造成有意或無(wú)意輻射，進(jìn)而可能會(huì)影響到其他系統(tǒng)的工作和信號(hào)傳輸?shù)恼_性，對(duì)系統(tǒng)電磁兼容性的試驗(yàn)也就成為了機(jī)載無(wú)線網(wǎng)絡(luò)適航審定的內(nèi)容之一。

2 電磁兼容性測(cè)試

我們平時(shí)所說(shuō)的電磁干擾（Interference）是由于一種或多種發(fā)射、輻射、感應(yīng)或其組合所產(chǎn)生的無(wú)用能量對(duì)電子設(shè)備的接收產(chǎn)生的影響，其表現(xiàn)為性能下降、誤動(dòng)或信息丟失，嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)設(shè)備損壞。裝置、設(shè)備或系統(tǒng)面臨電磁騷擾不降低運(yùn)行性能的能力即為抗擾度（Immunity）。電磁敏感性（EMS）則是指在存在電磁騷擾的情況下，裝置、設(shè)備或系統(tǒng)不能避免性能降低的能力。因此，電磁兼容（EMC）包括兩個(gè)方面的要求：一是指設(shè)備在正常運(yùn)行過(guò)程中對(duì)所在環(huán)境產(chǎn)生的電磁干擾不能超過(guò)一定的限值；二是指設(shè)備對(duì)所在環(huán)境中存在的電磁干擾具有一定程度的抗擾度，即電磁敏感性。

電磁干擾對(duì)于航空器運(yùn)行有一定的危害，由于旅客使用無(wú)線電設(shè)備（手機(jī)，調(diào)頻收音機(jī)等）干擾飛機(jī)導(dǎo)航或通信系統(tǒng)正常運(yùn)行的事故時(shí)有發(fā)生。2004年3月，一些飛行員的飛行記錄中稱三星SPH-N300型手機(jī)影響了機(jī)載GPS系統(tǒng)的正常工作，導(dǎo)致飛機(jī)與衛(wèi)星失去聯(lián)系。歷史上還有飛行員報(bào)告過(guò)使用DVD播放器或調(diào)頻收音機(jī)時(shí)造成導(dǎo)航系統(tǒng)出現(xiàn)大角度偏差的事故記錄。我們?cè)谘芯勘銛y式電子設(shè)備對(duì)機(jī)載設(shè)備的干擾問(wèn)題時(shí)，主要關(guān)心的是有意發(fā)射干擾源，特別是各種制式手機(jī)和具有無(wú)線局域網(wǎng)功能的乘客最易攜帶等級(jí)的便攜式電子設(shè)備。

電磁兼容性試驗(yàn)來(lái)源于美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)RTCA/DO-294和RTCA/DO-307，其中RTCA/DO-294主要應(yīng)用與改裝項(xiàng)目，對(duì)有意發(fā)射便攜式電子設(shè)備在飛機(jī)上的的使用提供了指導(dǎo)性建議，而RTCA/DO-307則主要針對(duì)主機(jī)廠，對(duì)機(jī)載設(shè)備的敏感度進(jìn)行測(cè)試，同時(shí)也定義了機(jī)載無(wú)線電設(shè)備間干擾路徑損耗的測(cè)試方法，并可以用于飛機(jī)便攜式電子設(shè)備的容限設(shè)計(jì)與認(rèn)證。

對(duì)于我們現(xiàn)在普遍接觸到便攜式電子設(shè)備（PED），按照輻射發(fā)射的特性可以分為無(wú)意發(fā)射源和有意發(fā)射源兩類。根據(jù)RTCA/DO-233發(fā)布的研究報(bào)告，在相同測(cè)試條件下，有意發(fā)射源的輻射強(qiáng)度普遍比無(wú)意發(fā)射源的輻射強(qiáng)度高100dB左右。但由于有意發(fā)射源的頻率與機(jī)載系統(tǒng)頻率有所不同，其輻射通過(guò)接收機(jī)天線對(duì)敏感設(shè)備產(chǎn)生的電磁干擾（IRA）實(shí)際上對(duì)飛機(jī)的影響非常低。無(wú)意發(fā)射源輻射也會(huì)通過(guò)設(shè)備天線進(jìn)行耦合產(chǎn)生電磁干擾（NIRA），這部分干擾可能在某些飛行階段可能或造成嚴(yán)重的后果，所以一般來(lái)說(shuō)，機(jī)載無(wú)線電系統(tǒng)在規(guī)定高度以上才可以開(kāi)放使用，而在滑行、起飛、進(jìn)近、著陸等階段都是禁止使用的。

涉及電磁兼容問(wèn)題的系統(tǒng)需要獲得局方許可方可使用，具體的許可流程可歸納為以下幾個(gè)步驟：（1）獲得初步的系統(tǒng)信息；（2）制定符合性計(jì)劃文件并與局方協(xié)調(diào)獲得局方批準(zhǔn)；（3）實(shí)施電磁兼容性分析和試驗(yàn)，同時(shí)要實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)安全評(píng)估并采取緩解措施；（4）評(píng)估人為因素；（5）編寫T-PED技術(shù)報(bào)告并與局方協(xié)商獲得局方批準(zhǔn)；（6）建立“允許”和“禁止”政策；（7）保持長(zhǎng)期的信息收集和過(guò)程改進(jìn)。

系統(tǒng)裝機(jī)后要對(duì)處于電磁環(huán)境下的飛機(jī)功能進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試前，要使用合適的電源給飛機(jī)電氣系統(tǒng)供電，并用專用的地面電源給測(cè)試設(shè)備供電。理想的測(cè)試環(huán)境是飛機(jī)和任意障礙物（例如建筑物、金屬結(jié)構(gòu)或其他飛機(jī)）之間的距離不能小于200米，關(guān)閉所有接近門，安裝接近飛機(jī)的舷梯，記錄天線增益、測(cè)試設(shè)備的制造商、件號(hào)和其他相關(guān)信息。同時(shí)應(yīng)及早和國(guó)家電信關(guān)系部門和頻譜管理部門溝通，并對(duì)被測(cè)試系統(tǒng)先按照維修手冊(cè)進(jìn)行功能測(cè)試。

測(cè)試設(shè)備中最主要的一部分就是天線。試驗(yàn)用天線的安裝數(shù)量以及位置都有明確的要求：（1）駕駛艙（離中央儀表盤1米和地板上1米）；（2）電子艙（在中央的地板滑軌上1米，需要3個(gè)天線）；（3）飛機(jī)無(wú)線系統(tǒng)的位置和天線；（4）典型的乘客為之（客艙地板上1.1米）；（5）窗戶區(qū)域；（6）門區(qū)域；（7）機(jī)組休息區(qū)；（8）其他區(qū)域。

測(cè)試時(shí)，首先將信號(hào)頻率設(shè)為最低值并再次降低10db，然后增加信號(hào)發(fā)生器直到達(dá)到最大值。如果發(fā)生干擾，以每步1db減小測(cè)試值直到干擾消失。按照1%的規(guī)則增加測(cè)試頻率，重復(fù)上述過(guò)程直到達(dá)到最高頻率。如果干擾發(fā)生，降低測(cè)試值直到干擾消失。對(duì)每個(gè)測(cè)試點(diǎn)至少保持10秒。

實(shí)際上，上述電磁干擾性測(cè)試是對(duì)機(jī)載無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是否會(huì)對(duì)飛機(jī)上其他系統(tǒng)造成干擾的驗(yàn)證，所以測(cè)試應(yīng)該在改裝之前，也就是系統(tǒng)功能驗(yàn)證的過(guò)程中就已經(jīng)完成并形成報(bào)告作為審定依據(jù)。根據(jù)測(cè)試的結(jié)論，改裝設(shè)計(jì)單位還應(yīng)該就系統(tǒng)在今后運(yùn)行中的一些使用注意事項(xiàng)給航空公司做出一定的建議，并由航空公司形成政策性文件在日常運(yùn)行中進(jìn)行實(shí)施。

3 總結(jié)

目前，航空公司對(duì)于PED的政策都是要求在飛行的關(guān)鍵階段禁止乘客使用任何PED設(shè)備。在滑行、起飛、進(jìn)近、著陸和在非正常以及應(yīng)急情況下，所有非有意發(fā)射的PED均應(yīng)處于完全關(guān)閉裝套。而在飛機(jī)的所有階段都禁止乘客使用任何有意發(fā)射的PED設(shè)備。所有的PED政策都應(yīng)該包含在運(yùn)行手冊(cè)和機(jī)組手冊(cè)中（如AFM，F(xiàn)COM），且需要獲得局方批準(zhǔn)。

電磁干擾性測(cè)試是一個(gè)比較復(fù)雜的測(cè)試項(xiàng)目。在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)階段，通過(guò)電磁干擾測(cè)試可以獲得大量的分析數(shù)據(jù)，并據(jù)此對(duì)系統(tǒng)部件進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，使其滿足裝機(jī)的要求，并為后續(xù)的適航審定提供可靠的數(shù)據(jù)報(bào)告作為符合性依據(jù)。但由于該測(cè)試內(nèi)容比較多，對(duì)測(cè)試設(shè)備的設(shè)置要求比較高，準(zhǔn)確完成的完成整個(gè)測(cè)試還很難實(shí)現(xiàn)。目前，該項(xiàng)測(cè)試技術(shù)正處于研究和發(fā)展階段，需要我們進(jìn)一步探索和驗(yàn)證。

參考資料：

[1]RTCA/DO-294C Guidance on Allowing Transmitting Portable Electronic Devices (T-PEDS)on Aircraft.

[2]RTCA/DO-307 Aircraft Design and Certification for Portable Electronic Device (PED)Tolerance.

[3]CCAR-21 R3 民用航空器和零部件合格審定規(guī)定[S].