民航甚高頻地空通信遠(yuǎn)距離同頻話音干擾分析

楊健

【摘要】? ? 本文為保障民航通信質(zhì)量將展開相關(guān)研究工作，主要對民航甚高頻地空通信遠(yuǎn)距離同頻話音的技術(shù)形式進(jìn)行論述，隨后分析同頻話音遠(yuǎn)距離傳播時的干擾因素，最終提出抗干擾策略。采用文中策略可以給同頻話音遠(yuǎn)距離傳播提供抗干擾保護(hù)，讓民航通信質(zhì)量增高、穩(wěn)定，有利于航空安全等。

【關(guān)鍵詞】? ? 民航? ? 甚高頻地空通信? ? 話音干擾

引言：

甚高頻地空通信遠(yuǎn)距離同頻話音是當(dāng)前民航通信的主要技術(shù)，其具有話音清晰的特點，因此得到了非常廣泛的應(yīng)用，而且具有很好的效果。但與其他同類技術(shù)一樣，該項話音技術(shù)在使用時會受到干擾，干擾的存在就會導(dǎo)致話音變得不夠清晰，甚至出現(xiàn)較長時間的中斷、斷續(xù)的情況，使得民航航行時不能很好的與地面通話。在這種情況下，民航難以正確的對當(dāng)下情況作出判斷，增大了航行風(fēng)險，因此有必要對民航甚高頻地空通信遠(yuǎn)距離同頻話音的干擾情況展開分析，旨在了解成因、做好應(yīng)對。

一、民航甚高頻地空通信遠(yuǎn)距離同頻話音技術(shù)形式

1.1大氣波導(dǎo)

利用大氣波導(dǎo)進(jìn)行話音通信傳播是該同頻話音技術(shù)的主要形式之一，其基本原理如下：在特定的氣象條件下進(jìn)行近地面電磁波傳播，傳播時電磁波在大氣折射的作用下會折彎轉(zhuǎn)向地面，在折彎曲率達(dá)到一定水平后（超過地球表面曲率）一部分電磁波會陷入厚度恰當(dāng)?shù)拇髿鈱又校摯髿鈱涌梢栽谝欢ǔ潭壬戏怄i這一部分電磁波，使得這一部分電磁波在該大氣層的上下邊界中來回折射，并朝前傳播，其具體表現(xiàn)類似與金屬波導(dǎo)管中的電波傳播形式，最后朝前傳播的信號就可以被目標(biāo)接收，實現(xiàn)相互通信的Udine。大氣波導(dǎo)在不同的氣象條件下會發(fā)生特定的變化，諸如表面波導(dǎo)、蒸發(fā)波導(dǎo)、拾升波導(dǎo)等各種情況，不同波導(dǎo)形式的高度、陷入深度、折射率等存在差異，因此在進(jìn)行民航甚高頻地空通信遠(yuǎn)距離同頻話音傳播時要慎重選擇。另外，大氣波導(dǎo)必須滿足四大特征實現(xiàn)傳播：1.近地層中的任意高處要存在大氣波導(dǎo);2.大氣層的最低陷獲率不得超過電磁波的頻率;3.電磁波發(fā)射位置正確，即任意波導(dǎo)傳播中電磁波的發(fā)射位置必須處于大氣波導(dǎo)內(nèi)部，除拾升波導(dǎo)以外，其余波導(dǎo)的發(fā)射位置最好是大氣波導(dǎo)內(nèi)中部，而拾升波導(dǎo)可以從中部發(fā)射，也可以從波導(dǎo)底部發(fā)射，但在底部發(fā)射時必須保障發(fā)射源與波導(dǎo)底部的距離不能太遠(yuǎn)，且波導(dǎo)本身的強度要足夠高;4.電磁波發(fā)射時的仰角不得超過臨界仰角[1]。

1.2對流層散射

對流層散射也是同頻話音技術(shù)的一大形式，其基本原理為：對流層是地球大氣層的構(gòu)成部分，位于大氣層最底部，其最高位置與地面之間的距離不過十余公里，較近的距離使得無線電波（對流層散射中需要使用無線電波）可以輕而易舉的接觸、進(jìn)入對流層。但對流層內(nèi)部非常混亂，基本上人們熟知的各種天氣現(xiàn)象均來源于對流層，而這些天氣現(xiàn)象的變化對于無線電波而言是天然的不均勻介質(zhì)，散射特征明顯，因此當(dāng)無線電波與不均勻介質(zhì)接觸后，將沿途不斷折射，還會被不均勻體再次輻射，如此循環(huán)就形成了對流層散射，散射后的無線電波即可被目標(biāo)接收。值得注意的是，對流層散射的出現(xiàn)時間比較早，因此在長時間的研究下該項通信傳播技術(shù)出現(xiàn)了多種分類，其中較具代表性的包括以下幾個方面：1.湍流非相干散射，即大氣湍流的運動會產(chǎn)生大氣渦旋，而任意渦旋都可以充當(dāng)不均勻介質(zhì)，且當(dāng)無線電波與渦旋接觸，渦旋還會變成偶極子，使得電波能量二次輻射，這個輻射過程中產(chǎn)生的散射信號相互獨立，互不干預(yù)，目標(biāo)要接受的就是所有不相干信號的矢量和;2.不規(guī)則層非相干反射，即對流層中有溫度不同的冷暖空氣團(tuán)，這些空氣團(tuán)接觸后會發(fā)生劇烈反應(yīng)，形成銳變層，借助銳變層即可進(jìn)行非相干反射傳播，而因為每個銳變層都沒有規(guī)則可言，所以這種非相干反射傳播具有不規(guī)則性。

二、民航甚高頻地空通信遠(yuǎn)距離同頻話音干擾因素

2.1甚高頻通信系統(tǒng)隔離度不當(dāng)

在大氣波導(dǎo)理論中高頻通信系統(tǒng)隔離度不當(dāng)會帶來干擾，即當(dāng)前甚高頻地空通信遠(yuǎn)距離同頻話音通信的主要設(shè)備是甚高頻天線，該天線通常采用垂直極化方式進(jìn)行設(shè)置，這樣能讓信號的覆蓋范圍進(jìn)一步增大，而且具有非常穩(wěn)定的輻射效果，但在整體上這種方式對收發(fā)兩端天線的間距提出了嚴(yán)格要求，若天線間距不當(dāng)就會導(dǎo)致信號受到干擾。原理上，電磁波在大氣環(huán)境中進(jìn)行波導(dǎo)傳播屬于自由空間傳播，傳播是的信號損耗公式為Lfs（dB）=20lgd（km）+20lgf（MHz）+32.44，由公式可知信號傳輸中的損耗與頻率f、距離d正向關(guān)，當(dāng)f、d增大，Lfs也會增大，增大規(guī)則為f、d增大一倍，Lfs增大6dB。依照這一原理，當(dāng)電磁波頻率為120MHz，且傳輸兩端距離為100km時，信號損耗值約為120dB，在這種情況下如果甚高頻通信系統(tǒng)的收發(fā)天線間距不當(dāng)，就會出現(xiàn)同頻話音干擾，具體表現(xiàn)為信號降低減弱、信號終端等。另外，在甚高頻通信系統(tǒng)隔離度不當(dāng)?shù)那闆r下，當(dāng)民航飛機的海拔高度較大、電臺接收門限較低時，飛機落地也會出現(xiàn)同頻話音干擾[2]。

2.2同頻異址信號

在對流層散射理論中，民航甚高頻地空通信遠(yuǎn)距離同頻話音的傳播可能會被同頻率，但地址各異的信號所干擾，原因在于對流層散射的傳播環(huán)境并不穩(wěn)定，因此必須嚴(yán)格控制無線電波的頻率才能保障傳播到位，具體頻率為118MHz至136.975MHz，這使得無線電波頻率相對固定，在這種情況下如果周邊存在頻率相同的信號，就可能導(dǎo)致通信受到干擾。同頻異址信號對民航甚高頻地空通信遠(yuǎn)距離同頻話音的干擾在近些年越來越常見，起因為：1.民航班次數(shù)量增大，使得通信需求同樣增大，而民航無線電頻資源有限，因此在整體通信中很可能出現(xiàn)多個民航飛機通信頻率相同的現(xiàn)象，這就形成了同頻異址信號，在干擾作用下有可能出現(xiàn)通信混亂現(xiàn)象[3];2.為了保障甚高頻信號穩(wěn)定，一些民航管理組織會在通信范圍內(nèi)設(shè)置多個地空通信臺站，且每個通信臺站的頻率相同，這樣做確實讓地空通信有了安全保障，其頻率、臺址增多讓甚高頻信號更加穩(wěn)定，但多個地空通信臺站頻率相同也形成了同頻異址信號，增大了安全隱患，諸如民航飛機進(jìn)入兩個甚高頻臺站較差覆蓋區(qū)域后，往往會受到多普勒效應(yīng)影響而不能很好的接受信號，這也是同頻干擾的一種表現(xiàn);3.個別民航區(qū)域周邊存在調(diào)頻廣播一類的設(shè)備，這一類設(shè)備在使用過程中可能會將頻率調(diào)節(jié)到民航甚高頻信號的相同頻率水平，這樣也形成了同頻異址信號，會導(dǎo)致民航交通指揮信息外泄，也會使得民航地空通信時長，對于民航飛行的安全性有不利影響。

三、民航甚高頻地空通信遠(yuǎn)距離同頻話音抗干擾策略

3.1做好設(shè)備規(guī)劃與設(shè)備管理、維護(hù)工作

甚高頻通信系統(tǒng)隔離度不當(dāng)?shù)闹饕憩F(xiàn)是收發(fā)端天線間距不當(dāng)，這種表現(xiàn)就屬于設(shè)備規(guī)劃不當(dāng)，因此要對抗干擾，就必須做好設(shè)備規(guī)劃工作。針對收發(fā)端天線間距，建議管制部門在天線布置之前結(jié)合電臺發(fā)射功率、信號衰減度、實際輸出功率三大指標(biāo)與備份電臺的測試接收信號強度進(jìn)行計算，可知當(dāng)下收發(fā)端天線間距是否正確，若不正確則要進(jìn)行對應(yīng)調(diào)整，使得天線設(shè)備間距規(guī)范[4]。同時因為抗干擾是一項長期工作，所以在做好設(shè)備規(guī)劃的基礎(chǔ)上，管制部門還要重視設(shè)備管理、維護(hù)兩項工作，即同樣針對收發(fā)天線，管制部門應(yīng)當(dāng)安排專人負(fù)責(zé)天線設(shè)備調(diào)試、檢查，確保天線設(shè)備狀態(tài)正常、符合工作需要，也能第一時間發(fā)現(xiàn)天線設(shè)備異常，而當(dāng)發(fā)現(xiàn)異常，專人就要負(fù)責(zé)進(jìn)行維修、保護(hù)，旨在排除異常、降低異常發(fā)生率。另外，甚高頻地空通信系統(tǒng)中涉及到多種設(shè)備，類如與甚高頻通訊有關(guān)的儀表等，對于這些設(shè)備管制部門也不能松懈，有必要根據(jù)實際情況進(jìn)行規(guī)劃，再展開專門的管理與維護(hù)工作，這也是實現(xiàn)抗干擾目的的關(guān)鍵點。

3.2做好通信頻率管理、通信環(huán)境保護(hù)工作

同頻異址信號來源較多，主要涉及到管制部門的通信頻率管理、通信環(huán)境保護(hù)兩項工作，即因為同頻異址信號來源多，不能完全去除，所以在抗干擾目的上，可行性較好的策略就是避免民航甚高頻地空通信頻率與其他信號頻率一致，或者是讓兩個信號互不接觸，這樣就能實現(xiàn)抗干擾，而要做到這兩點就需要管制部門對通信頻率進(jìn)行管理，并對通信環(huán)境提供良好保護(hù)。首先在通信頻率管理工作上，管制部門要著眼于現(xiàn)實環(huán)境，了解周邊是否存在同頻異址信號，若存在這一類信號就要進(jìn)行勘察，確認(rèn)同頻異址信號的頻率，隨后在甚高頻地空通信中避開這個頻率，可控制干擾影響[5]。同時，管制部門可以根據(jù)實際需求設(shè)置降噪門限，使得電臺抗干擾能力增強，這也是控制干擾影響的一大方法，但缺點在于可能會帶來較高成本，因此在使用中要結(jié)合實際需求。其次在通信環(huán)境保護(hù)方面，第一可以適度錯開民航飛機起飛班次，這樣能避免多架飛機同時使用相同頻率，不會產(chǎn)生同頻異址信號影響;第二出于預(yù)防目的，管制部門在系統(tǒng)建設(shè)選址階段就對周邊環(huán)境進(jìn)行考察，盡可能選擇干擾源少、干擾力小的地址;第三要重點分析空管地空通信拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，隨后借助濾波器等設(shè)備對無線設(shè)備前端選擇性進(jìn)行改善。

四、結(jié)束語

民航甚高頻地空通信關(guān)系到民航飛機的正常飛行、飛行安全性，因此其遠(yuǎn)距離同頻話音質(zhì)量必須得到保障。但在兩大民航甚高頻地空通信遠(yuǎn)距離同頻話音技術(shù)形式中，都存在話音質(zhì)量干擾因素，說明管制部門必須做好抗干擾工作，該項工作要從管理、保護(hù)兩個角度出發(fā)，秉持預(yù)防優(yōu)先、嚴(yán)格治理的原則進(jìn)行，這樣可以保障遠(yuǎn)距離同頻話音質(zhì)量。

參? 考? 文? 獻(xiàn)

[1]何洋.民航甚高頻通信同頻差拍干擾的產(chǎn)生與解決[J].數(shù)字通信世界，2020（05）：18+49.

[2]鄭瑞康.民航甚高頻地空通信干擾分析及解決策略[J].通訊世界，2019（009）：143-144.

[3]楊懷均.民航甚高頻地空通信電臺干擾及預(yù)防對策[J].通訊世界，2019（03）：62-63.

[4]韓澤宇.FREQUENTIS內(nèi)話系統(tǒng)VoIP模式地空通信配置方法[J].信息與電腦（理論版），2018（15）：169-170.

[5]胡石根，謝來陽.VOIP技術(shù)在VHF通信系統(tǒng)中的實現(xiàn)機制[J].電子測試，2018（09）：68-69+65.