民用飛機甚高頻通信系統測試

郭 磊 宋金澤 陸曉剛

(上海飛機設計研究院，上海 201210)

0 引言

VHF通信系統是提供飛機與地面、飛機與飛機之間進行雙向語音和數據通信的系統，現已成為民航領域主要的地空通信手段[1]，主要應用在機場終端管制、航路對空通信等方面。民用飛機在取得型號合格證(TC)前，通常需要設計一套完整的測試程序對機上每個系統的測試進行驗證[2]，進而保證整機設計符合規定的民用飛機適航標準和要求[3]。隨著民用航空業的空前發展，飛機安全性的要求不斷提高，空管部門對甚高頻通信質量的要求也越來越高，VHF通信系統的測試就顯得尤為重要。如何對VHF通信系統進行完整功能和適航符合性驗證的測試，既是民用飛機適航取證階段的難點，也是適航管理部門關注的重點。

1 系統簡介

VHF通信屬于視距通信，主要按直射波傳輸，信號傳輸形式包括語音和數據[4]。語音指飛機與地面或飛機與飛機間的話音，數據指地面與飛機的數據鏈報文。根據ARINC 716定義[5]，VHF 通信系統應支持以25 kHz 和8.33 kHz 的頻道間隔選擇，工作頻率分別為118.000 MHz～136.975 MHz(間隔為25 kHz，共760個信道)或118.000 MHz～136.992 MHz(間隔為8.33 kHz，共3 040個信道)。VHF通信系統的組成部件包括收發機、控制裝置和天線[6]。通常，收發機安裝在飛機電子電氣(EE)艙設備架上，任意兩套之間應有余度設計，確保甚高頻通信的安全性要求，用于對信號進行調制、發射和解調；控制裝置安裝在駕駛艙中央操作臺上，用于頻率調節和通道的選擇等；天線安裝在機身上部或下部的中軸線附近，內部用加強墊板固定，采用天線底座與機身蒙皮面面搭接或緊固件電搭接的方式，用于射頻信號的輻射和接收。VHF通信系統的設計保障等級[7](DAL)為C級，還與飛機的音頻綜合系統、機載維護等系統交聯。

2 適航要求

2.1 適航安全性要求

民用飛機所有功能失效狀態(包括飛機級和系統級)的影響程度大小可以通過失效性概率來判定，并在此基礎上進行等級劃分，飛機所有功能失效發生的概率與失效狀態影響等級之間的關系如表1所示。一般地，完全喪失語音通信功能屬于III級失效狀態，但同時喪失不可恢復的導航功能與通信功能則屬于I級失效狀態。

表1 發生概率與失效狀態影響等級之間的關系

2.2 適航規章要求

表2 滿足適航要求的符合性驗證方法

在飛機研制過程中，為了向審查方表明VHF通信系統對適航規章的符合性，VHF通信系統一般應至少表明對CCAR 25部[8]25.1301、25.1307(d)、25.1309、25.1353(a)、25.1353(c)和25.1431(a)、25.1431 (c)、25.1431 (d)的符合性。表2給出了滿足上述條款的符合性方法。

3 系統測試

3.1 導線綜合測試

VHF通信系統的導線綜合測試主要用于驗證系統中導線的完整性和正確性。VHF通信系統的導線綜合測試一般包括測試系統中導線的導通和絕緣，還應測量電源地線的電阻以驗證供電線路的地線可靠接地。根據測試目的可分為連續性測試、接地線導通測試和同軸電纜衰減測試。其中，連續性測試的主要內容為導通性和絕緣性的測試；接地線導通測試的主要內容為接地導通性測試；同軸電纜衰減測試的主要內容為在典型工作頻率上同軸電纜的衰減測試。

為避免在飛機上的誤操作和誤布線對設備造成的損害，在進行本試驗前應確保斷開VHF通信系統所有航線可更換單元(LRU)的連接，在測試完成并滿足試驗要求后方可重新連接。VHF通信系統的導線綜合測試中使用的測試設備包括自動測試設備、萬用表、28 V直流穩壓電源和天饋分析儀。

VHF通信系統的導線綜合測試應首先形成系統從端連接器針孔號和到端連接器針孔號的阻值或同軸電纜衰減值的測試表，然后根據測試表采用自動測試設備或萬用表測量系統中兩個指定的測試點之間的阻值，采用天饋分析儀測量收發機到天線間同軸電纜的衰減值，通常測量的衰減值應不超過3 dB。需要注意的是，若被測的同軸電纜存在分離面，應確保各分離面的連接器連接良好。最后，將測試值與設計要求值進行對比，判斷系統中的導線功能是否正常。

3.2 天線駐波比測試

VHF通信系統天線駐波比測試是通過測量與天線端接電纜的VSWR，驗證VHF通信天線及電纜的安裝是否正確，驗證VHF通信天線以及相關電纜是否按設計要求進行安裝和敷設，性能指標是否滿足設計要求；驗證VHF通信天線及附件的電搭接設計是否符合電搭接要求。測試設備包括射頻分析儀、VHF仿真盒。

如圖1所示，連接VHF通信系統VSWR測試設備，根據待測天線的工作頻段設置射頻分析儀，設置測量頻段以及VSWR 閥值。若VSWR 值沒有超過閥值，則試驗通過，若VSWR 值超出閥值，則試驗失敗，應保存失敗數據，以便后續進行分析，將試驗通過/失敗記錄。一般情況下，VHF通信天線的駐波比測試結果應不大于2.0：1。

圖1 利用VHF仿真盒進行的天線VSWR測試

3.3 系統功能測試

為驗證VHF通信系統在飛機與飛機、飛機與地面雙向通信的功能正常，通常會對VHF通信系統進行機上功能試驗。VHF通信系統機上功能試驗所需的工裝包括VHF航空電臺、航空電臺手持麥克風(Mic)、通信導航測試裝置(T-36C)和功率計。通常VHF通信系統機上功能測試項目包括收發機上電自檢、靜噪測試、通信試驗、發射測試和接收測試。其中，發射試驗中使用的功率計與天線同軸線纜的連接方式及測得功率顯示如圖2、圖3。用功率計分別測量三套VHF-1/2/3天線同軸線纜的正向和反向功率，若正向功率和反向功率同時滿足輻射功率指標時，說明VHF通信天線發射功能正常。在接收試驗中，通過調節T-36C的輸出水平來測試收發機的接收性能。若低于T-36C的靜噪臨界值，正駕駛耳機中聽不到單音；高于T-36C的靜噪臨界值，正駕駛耳機中聽到單音，按壓PTT開關時，聽不到單音，則VHF通信天線的接收功能正常。

圖2 功率計與VHF通信天線同軸線纜連接方式

圖3 T-36C

3.4 天線方向圖測試

VHF通信系統天線方向圖測試是為了確保VHF通信天線裝機后方向圖在各個方向上的增益都符合設計要求。通常天線布置的位置需要完成天線方向圖仿真計算，且在實際安裝于飛機后，由于存在機體對電磁波的影響，還應進行裝機后測試。GJB 5035-2001[9]中提出了對方向圖的要求：輻射方向在方位面上必須是全方位的，作為設計目標，最弱的方位的零值深度不得超過20 dB，且不應出現在飛機的縱軸方向。

圖4 某型民用飛機VHF通信天線方向圖測試原理圖

測試場地依據等高架測試場進行布置，測試場幾何關系如圖5所示，其中天線架設高度h為3.4 m，架設距離R為50 m。

圖5 某型民用飛機VHF通信天線測試天線布置圖

測量點布置位置如圖6所示，標定以飛機機頭方向為0°，VHF通信天線為中心，飛機右側方向為90°，機尾方向為180°，飛機左側方向為270°，順時針變更雙錐天線測量點。

圖6 測量點布置位置示意圖

3.5 機上地面試驗和飛行試驗

VHF通信系統的機上地面試驗(MOC5)和飛行試驗(MOC6)用以表明系統滿足CCAR25部適航條款]25.1301、25.1307(d)、25.1353(a)、25.1353(c)和25.1431(a)、25.1431 (c)和25.1431 (d)。在開始試驗前，要求對被試的VHF通信系統編寫試驗任務書、試驗大綱和構型評估報告，并進行制造符合性檢查，以明確當前VHF通信系統的構型狀態，確保MOC5和MOC6表明符合性試驗數據的有效性。MOC5和MOC6試驗流程如圖7。

圖7 MOC5/6試驗流程

VHF通信系統的MOC5試驗和MOC6為局方目擊試驗，典型MOC5試驗項目包括收發機上電自檢(BIT)、VHF頻率范圍測試、語音/數據模式切換測試、通信測試等。根據AC25-7C[12]，VHF通信系統的MOC6試飛項目包括VHF語音通信試飛和VHF數據鏈通信試飛兩類。VHF語音通信試飛應至少包括大于5 490 m高度的飛機測試、使用低于5 490 m高度的飛機測試、天線覆蓋范圍測量、遠距離接收、高角度接收、進場形態和電磁兼容性七個方面，并給出了具體的試飛方式。通過以上七個方面的試飛，檢查VHF通信系統通信質量，通信質量可以依據GJB 2763-1996[13]進行評測。VHF數據鏈通信試飛應包括飛機在起飛前和飛行中VHF數據鏈路建立和數據鏈應用報文收發的測試，測試結果可以根據機上相應報文顯示響應進行評測。

4 結論

針對民用飛機VHF通信系統測試，總結了系統中不同類別的測試項目，重點說明測試步驟和要求，并從適航取證角度進行了符合性驗證方法的闡述，對工程研發和型號適航取證具有實踐意義。