機載廣播/電視系統(tǒng)試飛技術(shù)

陳 寧，肖 妮，孟 超（中國飛行試驗研究院，陜西西安，710089）

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機載廣播/電視系統(tǒng)試飛技術(shù)

陳 寧，肖 妮，孟 超
（中國飛行試驗研究院，陜西西安，710089）

摘要：結(jié)合某機載廣播/電視系統(tǒng)的試飛內(nèi)容，對該試飛領(lǐng)域進行了技術(shù)探索，本文著重介紹了測試區(qū)域選擇方法、測試點布局設(shè)計以及場強輔助分析等。

關(guān)鍵詞：菲涅爾區(qū)；覆蓋范圍；作用距離

0　引言

順應(yīng)現(xiàn)代化信息戰(zhàn)的需要，將廣播、電視等大功率音視頻發(fā)射設(shè)備裝載于高速運動平臺上，其試飛技術(shù)國內(nèi)尚屬空白。本文通過對機載廣播/電視系統(tǒng)的試飛，在該領(lǐng)域探索出一套科學(xué)高效的試飛模式，本文就其試飛技術(shù)作以介紹。

1　試飛方法

機載廣播/電視系統(tǒng)的試飛內(nèi)容主要有：測試區(qū)域選擇、測試點布局、系統(tǒng)綜合化試飛、場強監(jiān)測等。

1.1地面測試區(qū)域的選擇

圖1　在平面上菲涅爾區(qū)邊界示意圖

眾所周知：在收、發(fā)天線之間的電波傳播空間，根據(jù)惠更斯-菲涅爾原理可將傳播路徑劃分成多個菲涅爾區(qū)。以收發(fā)天線連線為軸線，與軸線相位差小于的區(qū)域為同相區(qū)，稱為第一菲涅爾區(qū)，它是以收、發(fā)天線分別為兩個焦點的橢圓球，由收、發(fā)天線到橢球面上任一點的連線長度與兩焦點距離之差為λ/2（λ為波長）。由發(fā)射天線經(jīng)橢球內(nèi)任一點到接收天線的電波與收發(fā)間直達波的相位差≤，為同相相加。緊鄰第一菲涅爾橢球區(qū)，與其球面的相位差小于的區(qū)域也是一個橢球區(qū)，稱為第二菲涅爾區(qū)，依次向外的橢球區(qū)稱為第三、第四、......菲涅爾區(qū)，第一、第三菲涅爾區(qū)同相，第二、第四菲涅爾區(qū)同相，相鄰的反相。工程上常把第一菲涅爾區(qū)作為對電波傳播起主要作用的區(qū)域，稱為傳播主區(qū)，只要在主區(qū)內(nèi)滿足自由空間條件，無障礙物，就可認(rèn)為電波是在自由空間傳播。

圖1為收發(fā)天線在平面YOZ上的菲涅爾區(qū)邊界示意圖。其中發(fā)射天線（機上廣播/電視天線）距YOZ面高度為Ht，接收天線（測試點）距YOZ面高度為Hr，收、發(fā)天線之間距離為R。

由圖中得出：發(fā)射源和測試點通過地面的最短路徑RRO為：

考慮一般情況，對于平面上任一點（不一定在菲涅爾橢球區(qū)），設(shè)其坐標(biāo)為（o、y、z），則源天線和接收天線間通過此點的路徑RR長度由下式?jīng)Q定：

按RR傳播的射線的相位將滯后于按傳播的射線的RRO相位，差值應(yīng)為：

根據(jù)菲涅爾橢圓定義，在第N菲涅爾橢圓上任一點（o、y1、z1）：

確定第N個菲涅爾區(qū)邊界的公式為：

由上式可知，N取1，2，3，...時將得出菲涅爾橢圓與平面的相交線，λ取不同數(shù)值也將得到不同大小的橢圓，N越大，λ越大，橢圓就越大。

因此，為了保證能夠測試到真實可靠的試飛數(shù)據(jù)，達到廣播/電視信號在自由空間傳播的目的，就必須在試飛前期根據(jù)信號的頻率、功率及方向性系數(shù)進行詳細(xì)計算，并針對測試區(qū)域進行細(xì)致的地理考察和頻譜偵測工作，避免高大障礙物（如山峰）對信號的遮攔以及當(dāng)?shù)貜婋姶判盘枺ㄈ缧盘柊l(fā)射塔）的干擾，甄選出既滿足通視要求又滿足電磁環(huán)境要求的菲涅爾區(qū)作為測試區(qū)域。

1.2根據(jù)機載廣播/電視天線的方向圖特性進行地面測試點布局

根據(jù)其發(fā)射天線的方向圖特點，針對指標(biāo)要求的覆蓋范圍（水平×縱深）和作用距離，首先設(shè)計了與航線平行的地面測試點布置方案（見圖2），縱深覆蓋范圍的測試依賴于試飛航線的遠(yuǎn)近調(diào)整，該方案的缺點是不能同時判定水平覆蓋范圍和縱深覆蓋范圍，而且試飛周期長。后經(jīng)過反復(fù)計算論證和多種地面布局方案的模擬比較，根據(jù)各分系統(tǒng)天線方向圖的E面波束寬度和H面波束寬度，制定出在航線中心垂直線上不等距布局的測試點分布方案（見圖3），在弱化地勢影響和精簡地面人員的前提下最大程度地保證了測試指標(biāo)的科學(xué)有效性。

圖2　試飛示意圖a

圖3　試飛示意圖b

1.3系統(tǒng)綜合化試飛

系統(tǒng)綜合化試飛的前提是實現(xiàn)機載廣播/電視系統(tǒng)全狀態(tài)工作，這不僅是對載機任務(wù)電源系統(tǒng)的考驗，更是對整機電磁兼容性的嚴(yán)酷考驗。首先要進行前期充分的地面電磁兼容性試驗，對暴露出來的各類干擾現(xiàn)象進行了認(rèn)真分析，根據(jù)其干擾機理采取濾波、屏蔽、閉鎖、分時、分頻等相應(yīng)合理的抑制措施或有效的隔離措施，并經(jīng)過地面多次試驗并確認(rèn)干擾消除后，方可在空中實施廣播/電視系統(tǒng)全狀態(tài)工作。

1.4地面場強測試

以往的場強測試，均是在一靜一動的條件下進行，既在源或點某一條件相對固定的環(huán)境下測試場強的變化趨勢。輻射源在動態(tài)情況下，它的場強在整個輻射區(qū)域是如何分布變化的，我們從來沒有相關(guān)積累，國內(nèi)也沒有相關(guān)資料，機載廣播/電視系統(tǒng)試飛為我們探索這一全新領(lǐng)域提供了良好的契機。

在機載廣播/電視系統(tǒng)鑒定試飛過程中，各個測試點對所有音視頻數(shù)據(jù)進行完整的采集記錄，經(jīng)過對各點同時段錄制的音視頻節(jié)目質(zhì)量和相應(yīng)場強值的比對分析，結(jié)果證明音視頻節(jié)目的收視效果和它的場強大小是趨勢一致的，但是，這種結(jié)論只能針對單個測試點。經(jīng)過對大量數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)整個測試區(qū)域的場強分布和音視頻節(jié)目質(zhì)量之間并沒有很規(guī)律的關(guān)聯(lián)。經(jīng)分析，造成這種結(jié)果的原因如下：一是環(huán)境影響，如環(huán)境電平的隨機變化、天氣對電磁場傳播的影響、地球曲率的影響、周圍存在不定的電磁干擾、測試系統(tǒng)的架設(shè)環(huán)境多樣、地表引起的漫反射等等；二是人為因素，如標(biāo)準(zhǔn)接收天線的主波束未對準(zhǔn)航線、難以避免的數(shù)據(jù)判讀誤差等等。雖然統(tǒng)計結(jié)果表明場強值不能作為評判機載廣播/電視系統(tǒng)試飛效果的主要依據(jù)，但它在廣譜的電磁環(huán)境中作為一種監(jiān)測有用信號、雜散信號的手段來用于音視頻數(shù)據(jù)分析是非常必要和重要的，是客觀評判音視頻節(jié)目質(zhì)量的良好輔助。譬如：某地面測試點的電視收視質(zhì)量一直為4～5級，但某天突然降級為3級左右（信號質(zhì)量按5級劃分，5級為最佳），經(jīng)對該點電磁環(huán)境監(jiān)測后發(fā)現(xiàn)，電視信號變差的原因是由于在電視信號頻率附近出現(xiàn)一個強干擾信號，排除了機載電視設(shè)備的故障嫌疑。

2　試飛結(jié)果分析

該試飛新技術(shù)的應(yīng)用效果良好，具有科學(xué)、高效、準(zhǔn)確的優(yōu)特點，一個架次就能夠測試出機載廣播/電視系統(tǒng)縱深覆蓋范圍、水平覆蓋范圍和作用距離的戰(zhàn)技指標(biāo)和極限指標(biāo)。

3　結(jié)束語

當(dāng)今世界上，信息戰(zhàn)的發(fā)展是不可逆轉(zhuǎn)的趨勢，它已經(jīng)成為戰(zhàn)爭中最重要、效率最高的一種作戰(zhàn)手段，機載信息化設(shè)備的試飛技術(shù)也在日新月異地發(fā)展，因此，我們要在該方面不斷地學(xué)習(xí)和積累，以適應(yīng)未來飛行試驗的新需求。

參考文獻

［1］毛乃宏，俱新德.天線測量手冊.國防工業(yè)出版社，1987。

［2］陳寧.XX飛機試飛技術(shù)總結(jié)報告，2008年。

［3］謝處方，邱文杰.天線原理與設(shè)計.西北電訊工程學(xué)院出版社，1995，2-3，76-85。

Flight test technology for airborne broadcast / television system

Chen Ning，Xiao Ni，Meng Chao
（Chinese Flight Test Establishment，Xi’an Shaanxi，710089）

Abstract：Combined with the test content of airborne radio/television system，on the flight in the field were exploring technology，this paper focuses on the selection methods for test area，test point layout design and field assisted analysis.

Keywords：Fresnel zone；coverage；distance

作者簡介

陳寧（1969—），女，陜西大荔人，高級工程師，現(xiàn)主要從事飛機航電系統(tǒng)試飛技術(shù)研究。